《仿生自清潔表面對凍黏效應的影響規律及機理研究》是依託吉林大學，由金敬福擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：仿生自清潔表面對凍黏效應的影響規律及機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：金敬福
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目研究表面的微觀形態結構對凍黏現象（結霜、結冰、積雪等）的影響規律及其機理。負溫環境下建築幕牆、飛機機翼、電力設施、汽車玻璃等部件表面的積雪、結霜、結冰等凍黏現象是低溫危害及災害形式之一。本項目的研究依據是當前較成熟的低能材料塗層防結冰技術和20世紀60年代已有報導的粗糙度對凍黏特性的影響效應。基於以上理論和技術，項目以仿生非光滑理論為切入點，分析仿生自清潔表面的微觀非光滑粗糙形態及其引起的自清潔低能效應對凍黏特性的影響規律及機理，為開發一種基於表面形態改良的簡便、廉價、持久的防凍黏技術提供研究基礎。仿生自清潔表面是基於生物自清潔效應的，利用微觀表面形態改變而實現的具有超疏水、自清潔效應的低能表面。相比低能材料塗層和粗糙表面，仿生自清潔表面是由可量化的微觀形貌實現的低表面能表面，因此同時兼備低能和粗糙表面具有的凍黏影響效應。
結題摘要
低溫環境下部件表面的結霜、結冰、積雪等現象影響工程部件的工作效率、可靠性，甚至安全性。如車輛底盤積冰影響操控性，輸變電線路覆冰影響系統安全性，空調系統結霜影響換熱效率，城市建築物冰掛造成行人安全隱患等。項目通過試驗研究了凍黏的影響因素及其規律，並提出了改變表面形態的人為可控方法來抑制或降低凍黏強度。針對項目目的，（1）結合工程實地調研搭建了用於觀察和評價結霜結冰特性的試驗平台。提出了2種表面冰黏附強度評價標準並製備出試驗裝置，試驗表明，該裝置試驗重複性和操作性能夠滿足研究要求。（2）對冷表面自然結霜規律進行了觀察研究，發現冷表面上結霜的形成及生長過程存在內部塌陷重組過程，指出了霜層附著強度的增強來源於內部的融凍重組。（3）基於超疏水對結霜的延緩作用和蝴蝶表面的多次結霜試驗發現，蝴蝶表面具有延緩結霜初期水珠凝聚、凍結的作用，並且其潤濕性經多次凍融反覆試驗後保持較好；粗糙度引起的微觀形貌表面對初始霜層的有影響，但對後續霜層的生長影響不顯著。（4）通過結冰試驗觀察了冷表上結凍的形成規律和因素效應，試驗發現，凍結初期凍結強度隨凍結時間增加在趨於穩定的過程中存在突降並再增現象；冷表面初始溫度對結冰附著強度影響顯著，較低的初始溫度能降低結冰附著強度。（5）基於水結冰相變過程中的體積膨脹現象，提出了基於表面形態改良的防結冰表面方案，並以PMMA和鋁為對象進行了結冰附著強度測試，試驗結果表明，合理的形態設計可有效降低冰在材料表面的附著強度。項目圍繞凍黏形成規律和人為可控因素效應的試驗觀察進行研究，最佳化了現有除冰技術並提出了新式防除冰技術方法。
