极地航行船舶防覆冰涂层研究进展

两极地区是未来重要的能源和资源基地。然而,极地长年低温多冰,极大限制了我国对两极地区的科学考察、商业航运和能源开发进程。因此,发展长效稳定的防覆冰技术是推进极地发展战略的关键。系统阐明了船舶在极地航行过程中面临的结冰困境,分析了船舶积冰的类型,总结了目前解决船舶覆冰问题的多种防除冰技术及发展现状,包括主动防除冰技术（机械除冰、超声导波除冰、加热除冰、化学熔融除冰等）和被动防覆冰涂层技术（气体润滑防覆冰涂层、液体润滑防覆冰涂层、“类液体”润滑防覆冰涂层、界面可控断裂防覆冰涂层等）,同时对各技术在极地船舶防冰应用中的优缺点和可行性进行了深入分析。展望了船舶装备对特种防冰涂层的关键需求,提出主、被动协同除冰技术是实现极地船舶防覆冰的重要策略。     

输电线路超疏水防覆冰涂层研究进展

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行,各种防覆冰技术的研究开发是对输电线路正常运行的有力保障。防覆冰涂层能够主动抑制和缓解输电线路覆冰的形成和增长,尤其超疏水涂层可延迟水滴在涂层表面的冻结,从而实现防覆冰,具有广阔的应用前景。探讨了表面状态与覆冰现象以及覆冰粘结强度之间的关系,指出超疏水涂层的覆冰状态与普通表面具有较大差别,覆冰粘结强度明显低于普通表面。超疏水涂层实现防覆冰功能的影响因素包括表面化学成分、表面结构与环境因素,而通过简单工艺构建有效超疏水表面是超疏水涂层推广应用的关键。基于对超疏水表面防覆冰机理的分析,可知超疏水涂层具有巨大的防覆冰功能潜能,通过控制组织结构使其适应各种温度等环境因素是目前亟需解决的问题。     

风力发电机叶片覆冰机理及防除冰技术研究进展

在“双碳”政策下,绿色能源在能源体系中的占比越来越大。风力发电以其原料来源广、污染少、发电量大等优点成为国家重点发展的方向之一。随着风力发电的快速发展,风力发电机覆冰问题愈发凸显。为了解决这一问题,研究人员基于生物仿生学开发了具有优异防除冰性能的超疏水涂层,并广泛应用。目前,防止风机结冰最常用和最直接的方法是主动加热技术。综述了风力发电机覆冰的基本理论,介绍了覆冰产生的原因及危害,将覆冰抽象为过冷水滴在下降过程中撞击风力发电机叶片并黏附在叶片上,与叶片表面发生复杂热交换后凝结成冰的模型。概述了目前国内外常用的风力发电机防除冰方法,分析了不同被动和主动防除冰技术的优缺点。通过研究工程应用案例发现,单一的被动或主动防除冰技术存在防除冰能力有限、能耗高、效率低等问题,将不同的防除冰技术组合使用、互相补充,更能满足多样化实践需求,成为目前研究的热点和重点。在优化当前防除冰技术的基础上,采用组合防除冰技术具有良好的发展前景。     

极端低温环境下防覆冰材料研究进展

表面覆冰和积雪广泛存在于日常生活及工业生产中,但在极端复杂低温环境下,工程设备表面严重积冰会影响其使役性能,常常导致高能耗或灾难事故发生。传统除冰技术如机械除冰、加热融冰以及喷洒化学试剂等效率低,费用高,作业危险性大,无法从根本上解决实际工程领域的覆冰难题。通过采用涂装功能防覆冰材料的策略,抑制或延缓材料表面覆冰的形成,降低表面冰层的结合强度和覆冰量,从源头上解决覆冰问题成为主要的研究方向。相比于传统物理法和化学法,该方法具有高效率、低能耗、简便易行等特点,具有较好的应用前景。基于此,在详细阐述了材料表界面润湿特性和防覆冰机理的基础上,综述了国内外极端低温环境下防覆冰材料的研究进展,并对固–液界面型、液–液界面型以及复合涂层材料等几类主要防覆冰材料的适用性及优缺点进行了对比和分析,最后指出了目前防覆冰材料应用面临的技术瓶颈,并对未来防覆冰材料的发展方向和趋势进行了展望,为极端低温环境防覆冰材料的设计和选择提供参考。     

高压线防冰除冰机器人的设计

为解决高压线覆冰现象的频繁发生,通过对当前各种除冰技术的分析和总结,提出了“防冰为先,防除兼备”的新型机器人除冰理念。在设计该机器人的整体结构的基础上,分别对机械、控制与传感三部分进行了规划与设计,确定了各部分的主要功能和实现方式。通过对制作样机的试验表明：该防冰除冰机器人结构与工艺设计合理,工作状况良好,适合于高压线除冰。     

河南电力研究院推出导线防覆冰涂料技术

前不久,河南电力试验研究院组织召开了输电线路防覆冰涂料技术交流会。参加会议的有山东海洋化工研究院、威能诚通科技（北京）有限公司、北京鼎鑫艾华科贸有限责任公司等相关单位。研究院介绍了覆冰与舞动情况以及结合真型输电线路综合实验基地的建设所提出的防覆冰涂料试验方案。输电线路的覆冰和积雪以及由此衍生的导线舞动已经严重威胁着电力及通信网络的安全运行。在众多的防覆冰措施中,防覆冰涂料是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的方法。     

光热超疏水材料防除冰机理及应用研究进展

液滴的冻结、积聚往往会对生产、生活造成不利影响,降低设备的运行功效,甚至严重危害生命安全。相较于需要借助外力的主动式防除冰技术,超疏水表面优异的拒水性使其能够实现被动式防除冰,且无需消耗外部能量,从而受到广泛关注。在此基础上,光热超疏水表面结合了主动防除冰和被动防除冰两方面的优势,能在结冰过程的各个时期发挥作用。比如,在结冰前促进液滴的自清除,在结冰时升温表面、延缓成核,在结冰后加速融冰、快速除冰,从而实现节能且高效的固体表面防除冰。概述了超疏水表面的润湿特性和防除冰机理,重点介绍了不同种类光热材料的光热转化机理,包括基于分子热振动的碳纳米光热材料,基于纳米粒子等离激元效应的光热材料,以及基于电子?空穴对非辐射弛豫的半导体光热材料。总结了常用的提高光热转化效率的思路方法,并对比了各类光热超疏水表面在结冰、防冰、除冰及光热响应等方面的性能。最后,针对光热超疏水材料在制备和实际应用中可能存在的问题,分析了未来的发展方向与面临的挑战,为光热超疏水材料的进一步发展与应用提供思路。     

仿生防冰表面研究进展

飞机、风电设备和输电线路等覆冰会降低工作效率,造成财产损失,严重时甚至威胁人民生命安全.仿生防冰表面具有低能耗、低污染等优点,成为国际研究热点.首先概述了仿生防冰表面的概念,根据作用机理将仿生防冰表面分为超疏水表面和超润滑表面.分别详细地介绍了两种防冰表面的防冰机理、仿生对象及制备技术.超疏水表面改变水的润湿状态,延迟水滴结冰,减小冰粘附强度,其仿生对象包括荷叶、水稻叶等,其制备技术包括光刻、等离子刻蚀等自上而下方法,及喷涂、化学气相沉积等自下而上方法.超润滑表面将固-气-液界面作用时的空气层替换为液体层,增强润滑,减小冰粘附,其仿生对象包括猪笼草、箭蛙皮肤等,其制备技术主要为多孔制备方法.随后介绍了仿生防冰表面技术的发展趋势.在保证表面疏水/冰性能的同时,直接或间接增强表面的稳定性和耐久性,构建具有良好环境适应性(如超双疏、柔性、透明、自清洁等)与防冰结合的多功能融合表面,是未来仿生防冰表面的重要发展趋势.最后,对当前仿生防冰表面的发展和挑战进行了展望.     

微纳结构表面防冰研究进展

首先从冰的2种形成机理—均相成核和非均相成核进行了阐述,并介绍了液体在固体表面上的润湿现象。在此基础上,根据微纳结构防冰机理,分别综述了在固体表面结冰的前、中、后不同时期的最新防冰除冰策略。结冰前,借助液滴的脱落和自除预防固体表面结冰;结冰时,可通过延长冰的冻结时间,延缓冰在固体表面上的覆盖;结冰后,降低冰在固体表面的附着力,使之更易脱离固体表面,达到防冰除冰的需求。最后,对于如何提高微纳结构表面的耐久性进行了总结,对有关这些问题的最新研究成果进行了归纳和讨论,并对今后微纳结构表面防冰除冰的研究进行了展望。     

机械工程用功能梯度材料涂层制备技术及其应用

介绍了国内外功能梯度材料 (FGM )的应用现状和发展方向 ,分析比较了目前功能梯度材料的主要制备方法和分类。列举了现阶段FGM材料的应用范围。在此基础上提出了对我国发展应用FGM材料的一些构思和需要注意的问题     

超疏水自清洁涂层防结冰技术的研究进展

仿生超疏水自清洁涂层是表面工程领域的前沿课题,在电力、通信等领域防结/覆冰雪方面显示出重要的工程应用前景。文中主要围绕"工程适用性",在总结国内外典型"多步法"制备超疏水表面的发展历程及局限性基础上,重点介绍了新发展的"一步法"的优势及研究进展,并论述了超疏水涂层在工程应用性能方面的研究成果。进一步结合自然低温结冰环境,对比分析了国内外结冰测试方法的优点与不足,探讨了超疏水表面结冰/脱冰行为的理论及应用研究的最新进展,简要介绍了超疏水涂层防结冰工程示范的新成果,并展望了其于工程防结冰领域面临的挑战以及未来发展方向。     

耐用铝基超疏水涂层的机械稳定性及抗结冰性能

通过简单的一步喷涂法,以成膜树脂和疏水纳米粒子为材料,构建具有优异机械稳定性和抗结冰性的无氟耐用超疏水涂层（RSHC）。方法 以有机硅树脂（SI）和环氧树脂（EP）为成膜物质,掺入具有疏水性的SiO2复合尺度纳米粒子,采用一步喷涂法制备涂层。采用接触角测量仪等测量涂层的表面浸润性,通过线性摩擦实验、胶带剥离实验、射流冲击实验等测定涂层的机械稳定性,通过静态结冰实验、低温弹跳和冻雨实验等测定涂层的抗结冰性能。结果 制备的涂层表现出优异的超疏水性,其接触角为158°4°,滚动角为8°0.6°。当有机硅树脂、环氧树脂和SiO2纳米粒子的质量比为2.8∶1.2∶1时,涂层表面在具有良好疏水性的同时仍具有极佳的力学性能。线性摩擦实验结果表明,涂层具有良好的耐磨损性能,经过100次摩擦循环后,其表面水滴接触角仍可达到157°;胶带剥离实验结果表明,涂层与基底间具有坚实的附着力,在测试20次后其表面的水滴接触角仍保持大于150°;射流冲击实验结果表明,涂层具有一定的抗冲击性,在射流冲击30 min后涂层的表面接触角未明显减小。此外,覆盖涂层的基底具有优异的静态结冰延迟性能和动态防覆冰性能。在静态结冰实验中,涂层表面液滴的结冰时间延迟了约7倍;在低温弹跳和冻雨实验中,滴落的水滴能从表面完全弹起滚落,并且在低温冻雨环境中其表面可以保持无覆冰。结论 制备的耐用超疏水涂层具有良好的疏水性、机械稳定性和抗结冰性能,对耐用超疏水涂层的研究及实际应用具有一定的参考价值。     

环氧树脂/SiO2涂层混凝土表面主动抗凝冰性及除冰性能研究

目的 了解超疏水涂层混凝土路面的抗凝冰性能,克服混凝土路面除冰困难问题。方法 将环氧树脂与无水乙醇混合得到涂料底层,纳米二氧化硅与无水乙醇混合得到涂料面层,分别将涂料底层和面层喷涂于混凝土表面,制备了一种由环氧树脂及二氧化硅纳米颗粒组成超疏水涂层。利用水滴在超疏水表面易滚落的特性来减少低温下混凝土表面的结冰量。同时由于混凝土表面存在超疏水涂层,混凝土表面与结冰接触面之间存在一层空气膜,可大幅减小路面冰层与混凝土接触面间的粘附力,达到易除冰的目的。结果 制备的超疏水涂层有良好的超疏水性,静态水接触角达到152°±1.9°,滚动角约为4°±1.2°;在–20 ℃下,冷冻2 h仍能保持超疏水性;同时,还能大幅度降低混凝土的渗水率。与普通混凝土相比,超疏水涂层混凝土表面的结冰量明显减少,并且冰层与混凝土表面的粘附力仅为普通混凝土的14%,结冰更易清除。结论 超疏水涂层能很好地改善混凝土表面的抗结冰性能,减少混凝土表面结冰量,降低冰层与混凝土表面的粘附力。     

电力设施生物污损腐蚀与热喷涂表面防护研究进展

海洋生物容易附着和生长于沿海电力设施装备表面,其代谢过程及产物能够引起表面金属材料的腐蚀加速、电力设施的老化破损,进而造成巨大的危害和经济损失,因此降低和抑制电力设施表面生物污损的涂层防污技术有着重要的研究与应用价值。基于热喷涂的防污涂层制备技术是防生物污损腐蚀的重要方法之一,是未来将研究工作应用于实际的重要方向。截至目前,有关电力设施装备生物腐蚀现状和热喷涂表面防护的研究进展尚未见报道,这里将对电力设施装备生物污损腐蚀现状、应用案例及热喷涂防污措施研究进展进行归纳整理,并进行系统性综述。首先介绍了不同深度近海区域电力装备生物污损和腐蚀的现状、特点,引用了近年来典型电力设备涂装防污损的技术方案和应用案例,然后依据不同的技术特点和发展趋向,对近10年来热喷涂制备的复合防污涂层研究进展进行了综述,分析其在沿海电力设施防护方面的应用前景,以期为未来电力设施防污损等研究工作起到一定指引作用。