KIỂM SOÁT HÌNH THÁI BỀ MẶT CHO MỤC ĐÍCH TỰ LÀM SẠCH  VÀ CHỐNG BĂNG TUYẾT TRÊN KIM LOẠI ĐỒNG

Nguyễn Thanh Bình; Giáp Thị Thùy Trang

doi:10.34238/tnu-jst.12678

KIỂM SOÁT HÌNH THÁI BỀ MẶT CHO MỤC ĐÍCH TỰ LÀM SẠCH VÀ CHỐNG BĂNG TUYẾT TRÊN KIM LOẠI ĐỒNG

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 25/04/25 Ngày hoàn thiện: 26/06/25 Ngày đăng: 26/06/25

Các tác giả

1. Nguyễn Thanh Bình, Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên
2. Giáp Thị Thùy Trang , Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên

Tóm tắt

Nghiên cứu đề xuất phương pháp chế tạo bề mặt siêu kị nước lấy cảm hứng từ thiên nhiên trên nền đồng. Sự kết hợp độc đáo giữa cấu trúc nano và hợp chất hóa học kị nước ngăn trở sự xâm nhập của nước vào giữa các kết cấu. Các cấu trúc này được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp ăn mòn ướt bằng acid Hydrochloric và kết hợp với phương pháp ăn mòn ướt tăng cường bằng acid Hydrofluoric. Hình thái như vậy sẽ thúc đẩy sự kết hợp đặc biệt trên bề mặt tiếp xúc giữa cấu trúc và không khí, từ đó kìm hãm hiệu quả sự xâm nhập của nước vào giữa các cấu trúc. Bề mặt sau khi được chức năng hóa bằng hợp chất hóa học không dính ướt có góc tiếp xúc 161^o và nước có độ linh động cao. Kết quả khảo sát cho thấy khả năng tự làm sạch vượt trội và dính ướt tối thiểu, mà nguyên nhân là do ma sát cực thấp giữa chất lỏng và bề mặt. Bề mặt chức năng thể hiện hiệu suất chống đóng băng vượt trội, đặc trưng bởi sự kìm hãm hình thành nhân tinh thể và suy giảm cường độ bám dính. Kết quả nghiên cứu cho thấy bản chất vật lý chi phối tương tác lỏng-rắn trên các bề mặt có cấu trúc micro/nano và đề xuất một cách tiêp cận trong thiết kế lớp phủ kháng băng tuyết cho các bề mặt hoạt động trong môi trường khắc nghiệt.

Từ khóa

Độ dính ướt; Cấu trúc nano; Chống đóng băng; Tự làm sạch; Kháng băng tuyết

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] H. Xiang, H. Xia, Y. Chen, Y. Wu, H. Chen, and M. Yan, "Pavement anti-icing coating based on a functional composite of NaCl microcapsules," Constr. Build Mater., vol. 307, 2021, Art. no. 125010, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125010.

[2] Q. Chen, M. Fang, R. Guo, L. Li, Y. Tan, W. Qin, N. Liu, and Z. Mo, "Multi-functional and durable anti-corrosion coatings with hydrophobic, freeze time retardation and photothermal properties by means of a simple spraying method," Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp., vol. 679, 2023, Art. no. 132549, doi: 10.1016/j.colsurfa.2023.132549.

[3] J. Zhao, X. Wang, L. Xin, J. Ren, Y. Cao, and Y. Tian, "Concrete pavement with microwave heating enhancement functional layer for efficient de-icing: Design and case study," Cold Reg. Sci. Technol., vol. 210, 2023, Art. no. 103846, doi: 10.1016/j.coldregions.2023.103846.

[4] T. H. H. Vu, X. T. Mai, and T. B. Nguyen, "Anti-icing approach on flexible slippery microstructure thin-film," Cold Reg. Sci. Technol., vol. 186, 2021, Art. no. 103280, doi: 10.1016/j.coldregions.2021.103280.

[5] T. H. H. Vu, T. C. Do, V. H. Chu, M. A. Pham, T. M. T. Nguyen, T. T. Bui, T. M. Duong, S. Sonemany, and T. B. Nguyen, "Icephobic approach on hierarchical structure polymer thin-film," Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol., vol. 13, 2022, Art. no. 15004, doi: 10.1088/2043-6262/ac5400.

[6] T. M. T. Nguyen and T. B. Nguyen, "Proposed Surface Topography for Frosting Inhibition and Ease Ice Removal," J. Tribol., vol. 147, 2025, doi: 10.1115/1.4067554.

[7] C. Lu, Z. Zhang, Y. Qiang, F. Zhao, and D. Wang, "A hydrophobic and sustainable anti-icing sand fog seal for asphalt pavement: Its preparation and characterization," Constr. Build Mater., vol. 401, 2023, Art. no. 132918, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.132918.

[8] T. Heckenthaler, S. Sadhujan, Y. Morgenstern, P. Natarajan, M. Bashouti, and Y. Kaufman, "Self-Cleaning Mechanism: Why Nanotexture and Hydrophobicity Matter," Langmuir., vol. 35, pp. 15526–15534, 2019, doi: 10.1021/acs.langmuir.9b01874.

[9] N. T. Padmanabhan and H. John, "Titanium dioxide based self-cleaning smart surfaces: A short review," J. Environ. Chem. Eng., vol. 8, 2020, Art. no. 104211, doi: 10.1016/j.jece.2020.104211.

[10] K. M. Wisdom, J. A. Watson, X. Qu, F. Liu, G. S. Watson, and C.-H. Chen, "Self-cleaning of superhydrophobic surfaces by self-propelled jumping condensate," Proc. Natl. Acad Sci., vol. 110, pp. 7992–7997, 2013, doi: 10.1073/pnas.1210770110.

[11] Y. Liu, H. Sun, X. Song, and C. Liu, "A mechanically durable induction heating coating with desirable anti-/de-icing performance," Surf Eng., vol. 39, pp. 413–420, 2023, doi: 10.1080/02670844.2023.2229563.

[12] N. Karpen, S. Diebald, F. Dezitter, and E. Bonaccurso, "Propeller-integrated airfoil heater system for small multirotor drones in icing environments: Anti-icing feasibility study," Cold Reg. Sci. Technol., vol. 201, 2022, Art. no. 103616, doi: 10.1016/j.coldregions.2022.103616.

[13] S. Zhang, F. Gao, Z. Jiang, Q. He, J. Lu, Y. Hou, X. Zhan, and Q. Zhang, "Bioinspired durable interpenetrating network anti-icing coatings enabled by binders and hydrophobic-ion specific synergies," Chem. Eng J., vol. 479, 2024, Art. no. 147836, doi: 10.1016/j.cej.2023.147836.

[14] Y. Yu, B. Jin, M. I. Jamil, D. Cheng, Q. Zhang, X. Zhan, and F. Chen, "Highly Stable Amphiphilic Organogel with Exceptional Anti-icing Performance," ACS Appl. Mater Interfaces, vol. 11, pp. 12838–12845, 2019, doi: 10.1021/acsami.8b20352.

[15] V.-H. Nguyen, B. D. Nguyen, H. T. Pham, S. S. Lam, D.-V.N. Vo, M. Shokouhimehr, T. H. H. Vu, T.-B. Nguyen, S. Y. Kim, and Q. V. Le, "Anti-icing performance on aluminum surfaces and proposed model for freezing time calculation," Sci. Rep., vol. 11, 2021, doi: 10.1038/s41598-020-80886-x.

[16] S.-C. Park, N. Kim, S. Ji, and H. Lim, "Fabrication and characterization of moth-eye mimicking nanostructured convex lens," Microelectron Eng., vol. 158, pp. 35–40, 2016, doi: 10.1016/j.mee.2016.03.011.

[17] H. J. Ensikat, P. Ditsche-Kuru, C. Neinhuis, and W. Barthlott, "Superhydrophobicity in perfection: the outstanding properties of the lotus leaf," Beilstein J. Nanotechnol., vol. 2, pp. 152–161, 2011.

[18] F. Nilsson, A. Moyassari, Á. Bautista, A. Castro, I. Arbeloa, M. Järn, U. Lundgren, J. Welinder, and K. Johansson, "Modelling anti-icing of railway overhead catenary wires by resistive heating," Int. J. Heat Mass Transf., vol. 143, 2019, Art. no. 118505, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118505.

[19] Y. Liu, X. Li, J. Jin, J. Liu, Y. Yan, Z. Han, and L. Ren, "Anti-icing property of bio-inspired micro-structure superhydrophobic surfaces and heat transfer model," Appl. Surf Sci., vol. 400, pp. 498–505, 2017, doi: 10.1016/j.apsusc.2016.12.219.

[20] A.-S. Milaković, F. Li, R. U. F. von Bock und Polach, and S. Ehlers, "Equivalent ice thickness in ship ice transit simulations: overview of existing definitions and proposition of an improved one," Sh. Technol. Res., vol. 67, 2019, doi: 10.1080/09377255.2019.1655260.

[21] H.-W. Yun, G.-M. Choi, H. K. Woo, S. J. Oh, and S.-H. Hong, "Superhydrophobic, antireflective, flexible hard coatings with mechanically ultra-resilient moth-eye structure for foldable displays," Curr. Appl. Phys., vol. 20, pp. 1163–1170, 2020, doi: 10.1016/j.cap.2020.07.001.

[22] M. Hasegawa, H. Endo, K. Morita, H. Sakaue, and S. Kimura, "Behavior of Sliding Angle as Function of Temperature Difference between Droplet and Superhydrophobic Coating for Aircraft Ice Protection Systems," Aerospace, vol. 8, 2021, doi: 10.3390/aerospace8080219.

[23] S. Xuan, H. Yin, G. Li, Z. Zhang, Y. Jiao, Z. Liao, J. Li, S. Liu, Y. Wang, C. Tang, W. Wu, G. Li, and K. Yin, "Trifolium repens L.-Like Periodic Micronano Structured Superhydrophobic Surface with Ultralow Ice Adhesion for Efficient Anti-Icing/Deicing," ACS Nano., vol. 17, pp. 21749–21760, 2023, doi: 10.1021/acsnano.3c07385.

[24] X. Huang, M. Sun, X. Shi, J. Shao, M. Jin, W. Liu, R. Zhang, S. Huang, and Y. Ye, "Chemical vapor deposition of transparent superhydrophobic anti-Icing coatings with tailored polymer nanoarray architecture," Chem. Eng. J., vol. 454, 2023, Art. no. 139981, doi: 10.1016/j.cej.2022.139981.

[25] X. Li, G. Wang, A. S. Moita, C. Zhang, S. Wang, and Y. Liu, "Fabrication of bio-inspired non-fluorinated superhydrophobic surfaces with anti-icing property and its wettability transformation analysis," Appl. Surf. Sci., vol. 505, 2020, Art. no. 144386, doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144386.

[26] W. Hou, Y. Shen, J. Tao, Y. Xu, J. Jiang, H. Chen, and Z. Jia, "Anti-icing performance of the superhydrophobic surface with micro-cubic array structures fabricated by plasma etching," Colloids Surfaces A Physicochem Eng Asp., vol. 586, 2020, Art. no. 124180, doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.124180.

[27] T.-B. Nguyen, S. Park, and H. Lim, "Effects of morphology parameters on anti-icing performance in superhydrophobic surfaces," Appl. Surf. Sci., vol. 435, pp. 585–591, 2018, doi: 10.1016/j.apsusc.2017.11.137.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.12678

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ