Name: fabrication of superhydrophobic metal surfaces for anti-icing applications
Uploaded: 2018-08-15T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications at JoVE.com

أيد هذا البحث المشاريع: MAT2014-60615-R و MAT2017-82182-R تمولها وكالة أبحاث الدولة (SRA)، وصندوق التنمية الإقليمية الأوروبية (سيطلب).

ملاحظة: البروتوكول يتبع النظام هو مبين في الشكل 2.
1. إعداد نموذج
<ol><li>
القص والتنظيف
	<ol>
<li>استخدام إمالة معدنية، يقتطع 25 مم × 45 مم × 0.5 ملم قطع 250 ملم × 250 ملم × 0.5 مم صفائح الألومنيوم. ملاحظة: يجب إيلاء عناية خاصة عند استخدام القص معدنية، وقد يكون من ال?...

<ol>
	<li>Fang, G., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+anti-icing+behavior+of+superhydrophobic+surfaces.">Understanding the anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces.</a> Surface Innovations. 2 (2), 94-102 (2014).</li><li>Wang, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robust+superhydrophobic+coating+and+the+anti-icing+properties+of+its+lubricants-infused-composite+surface+under+condensing+condition.">Robust superhydrophobic coating and the anti-icing properties of its lubricants-infused-composite surface under condensing condition.</a> New Journal of Chemistry. 41 (4), 1846-1853 (2017).</li><li>Jung, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+superhydrophobic+surfaces+best+for+icephobicity?.">Are superhydrophobic surfaces best for icephobicity?.</a> Langmuir. 27 (6), 3059-3066 (2011).</li><li>Milionis, A., Loth, E., Bayer, I. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+the+mechanical+durability+of+superhydrophobic+materials.">Recent advances in the mechanical durability of superhydrophobic materials.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 229, 57-79 (2016).</li><li>Li, X. -. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+do+we+need+for+a+superhydrophobic+surface?+A+review+on+the+recent+progress+in+the+preparation+of+superhydrophobic+surfaces.">What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces.</a> Chemical Society Reviews. 36 (8), 1350-1368 (2007).</li><li>Sun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Lotus+Leaf+by+Nanocasting.">Artificial Lotus Leaf by Nanocasting.</a> Langmuir. 21 (19), 8978-8981 (2005).</li><li>Darmanin, T., Guittard, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+and+superoleophobic+properties+in+nature.">Superhydrophobic and superoleophobic properties in nature.</a> Materials Today. 18 (5), 273-285 (2015).</li><li>Marmur, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+contact:+Measurement+and+interpretation+of+contact+angles.">Soft contact: Measurement and interpretation of contact angles.</a> Soft Matter. 2 (1), 12-17 (2006).</li><li>Li, W., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+structures+for+natural+superhydrophobic+surfaces.">Hierarchical structures for natural superhydrophobic surfaces.</a> Soft Matter. 4 (3), 462-466 (2008).</li><li>Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodr&#237;guez-Criado, J. C., Cabrerizo-V&#237;lchez, M., Rodr&#237;guez-Valverde, M. A., Guerrero-Vacas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+super-nonstick+aluminized+steel+surfaces.">Towards super-nonstick aluminized steel surfaces.</a> Progress in Organic Coatings. 109, 135-143 (2017).</li><li>Yuan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+superhydrophobic+surface+with+hierarchical+multi-scale+structure+on+copper+foil.">Fabrication of superhydrophobic surface with hierarchical multi-scale structure on copper foil.</a> Surface and Coatings Technology. 254, 151-156 (2014).</li><li>Varshney, P., Mohapatra, S. S., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+coatings+for+aluminium+surfaces+synthesized+by+chemical+etching+process.">Superhydrophobic coatings for aluminium surfaces synthesized by chemical etching process.</a> International Journal of Smart and Nano Materials. 7 (4), 248-264 (2016).</li><li>Ruiz-Cabello, F. J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Testing+the+performance+of+superhydrophobic+aluminum+surfaces.">Testing the performance of superhydrophobic aluminum surfaces.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 508, 129-136 (2017).</li><li>Mahadik, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+silica+coating+by+dip+coating+method.">Superhydrophobic silica coating by dip coating method.</a> Applied Surface Science. 277, 67-72 (2013).</li><li>Xu, L., Karunakaran, R. G., Guo, J., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent,+superhydrophobic+surfaces+from+one-step+spin+coating+of+hydrophobic+nanoparticles.">Transparent, superhydrophobic surfaces from one-step spin coating of hydrophobic nanoparticles.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 4 (2), 1118-1125 (2012).</li><li>Montes Ruiz-Cabello, F. J., Amirfazli, A., Cabrerizo-Vilchez, M., Rodriguez-Valverde, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+water-repellent+surfaces+on+galvanized+steel.">Fabrication of water-repellent surfaces on galvanized steel.</a> RSC Advances. 6 (76), 71970-71976 (2016).</li><li>Li, L., Breedveld, V., Hess, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Creation+of+superhydrophobic+stainless+steel+surfaces+by+acid+treatments+and+hydrophobic+film+deposition.">Creation of superhydrophobic stainless steel surfaces by acid treatments and hydrophobic film deposition.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 4 (9), 4549-4556 (2012).</li><li>Wang, N., Xiong, D., Deng, Y., Shi, Y., Wang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanically+robust+superhydrophobic+steel+surface+with+anti-icing,+UV-durability,+and+corrosion+resistance+properties.">Mechanically robust superhydrophobic steel surface with anti-icing, UV-durability, and corrosion resistance properties.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (11), 6260-6272 (2015).</li><li>Azimi, G., Kwon, H. -. M., Varanasi, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+surfaces+by+laser+ablation+of+rare-earth+oxide+ceramics.">Superhydrophobic surfaces by laser ablation of rare-earth oxide ceramics.</a> MRS Communications. 4 (3), 95-99 (2014).</li><li>Liang, J., Hu, Y., Fan, Y., Chen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+superhydrophobic+cerium+oxide+surfaces+on+aluminum+substrate+and+its+corrosion+resistance+properties.">Formation of superhydrophobic cerium oxide surfaces on aluminum substrate and its corrosion resistance properties.</a> Surface and Interface Analysis. 45 (8), 1211-1216 (2013).</li><li>Azimi, G., Dhiman, R., Kwon, H. -. M., Paxson, A. T., Varanasi, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrophobicity+of+rare-earth+oxide+ceramics.">Hydrophobicity of rare-earth oxide ceramics.</a> Nature Materials. 12, 315 (2013).</li><li>Ruan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+anti-icing+behavior+of+superhydrophobic+surfaces+on+aluminum+alloy+substrates.">Preparation and anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces on aluminum alloy substrates.</a> Langmuir. 29 (27), 8482-8491 (2013).</li><li>Yin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+investigation+of+ice+formation+on+surfaces+with+representative+wettability.">In situ investigation of ice formation on surfaces with representative wettability.</a> Applied Surface Science. 256 (22), 6764-6769 (2010).</li><li>Boinovich, L., Emelyanenko, A. M., Korolev, V. V., Pashinin, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+wettability+on+sessile+drop+freezing:+when+superhydrophobicity+stimulates+an+extreme+freezing+delay.">Effect of wettability on sessile drop freezing: when superhydrophobicity stimulates an extreme freezing delay.</a> Langmuir. 30 (6), 1659-1668 (2014).</li><li>Antonini, C., Innocenti, M., Horn, T., Marengo, M., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+effect+of+superhydrophobic+coatings+on+energy+reduction+in+anti-icing+systems.">Understanding the effect of superhydrophobic coatings on energy reduction in anti-icing systems.</a> Cold Regions Science and Technology. 67 (1-2), 58-67 (2011).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+surfaces+cannot+reduce+ice+adhesion.">Superhydrophobic surfaces cannot reduce ice adhesion.</a> Applied Physics Letters. 101 (11), 111603 (2012).</li><li>Adam, S., Barada, K. N., Alexander, D., Mool, C. G., Eric, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linear+abrasion+of+a+titanium+superhydrophobic+surface+prepared+by+ultrafast+laser+microtexturing.">Linear abrasion of a titanium superhydrophobic surface prepared by ultrafast laser microtexturing.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (11), 115012 (2013).</li><li>Li, X. -. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+and+large-scale+fabrication+of+a+superhydrophobic+5052+aluminum+alloy+surface+with+enhanced+corrosion+resistance.">Low-cost and large-scale fabrication of a superhydrophobic 5052 aluminum alloy surface with enhanced corrosion resistance.</a> RSC Advances. 5 (38), 29639-29646 (2015).</li><li>Meuler, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationships+between+water+wettability+and+ice+adhesion.">Relationships between water wettability and ice adhesion.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 2 (11), 3100-3110 (2010).</li><li>Boinovich, L. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combination+of+functional+nanoengineering+and+nanosecond+laser+texturing+for+design+of+superhydrophobic+aluminum+alloy+with+exceptional+mechanical+and+chemical+properties.">Combination of functional nanoengineering and nanosecond laser texturing for design of superhydrophobic aluminum alloy with exceptional mechanical and chemical properties.</a> ACS Nano. 11 (10), 10113-10123 (2017).</li><li>Wan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superhydrophobic+ceria+on+aluminum+and+its+corrosion+resistance.">Superhydrophobic ceria on aluminum and its corrosion resistance.</a> Surface and Interface Analysis. 48 (3), 173-178 (2016).</li><li>G&#243;mez-Lopera, J. F., Mart&#237;nez-Aroza, J., Rodr&#237;guez-Valverde, M. A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A., Montes-Ru&#237;z-Cabello, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entropic+image+segmentation+of+sessile+drops+over+patterned+acetate.">Entropic image segmentation of sessile drops over patterned acetate.</a> Mathematics and Computers in Simulation. 118, 239-247 (2015).</li><li>Gao, L., McCarthy, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Teflon+is+hydrophilic.+comments+on+definitions+of+hydrophobic,+shear+versus+tensile+hydrophobicity,+and+wettability+characterization.">Teflon is hydrophilic. comments on definitions of hydrophobic, shear versus tensile hydrophobicity, and wettability characterization.</a> Langmuir. 24 (17), 9183-9188 (2008).</li><li>Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodriguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vilchez, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+method+for+evaluating+the+most+stable+contact+angle+using+tilting+plate+experiments.">A new method for evaluating the most stable contact angle using tilting plate experiments.</a> Soft Matter. 7 (21), 10457-10461 (2011).</li><li>Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+of+sliding+and+contact+angle+results+in+tilted+plate+experiments.">Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments.</a> Colloids Surfaces A. 323 (1-3), 73-82 (2008).</li><li>Ye, H., Zhu, L., Li, W., Liu, H., Chen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+spray+deposition+of+a+water-based+superhydrophobic+coating+with+high+stability+for+flexible+applications.">Simple spray deposition of a water-based superhydrophobic coating with high stability for flexible applications.</a> Journal of Materials Chemistry. 5 (20), 9882-9890 (2017).</li><li>Rolland, J. P., Van Dam, R. M., Schorzman, D. A., Quake, S. R., DeSimone, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent-resistant+photocurable+&amp;#34;liquid+Teflon&amp;#34;+for+microfluidic+device+fabrication.">Solvent-resistant photocurable &amp;#34;liquid Teflon&amp;#34; for microfluidic device fabrication.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (8), 2322-2323 (2004).</li></ol>

في هذه الورقة، ونظهر استراتيجيات لإنتاج أسطح طارد المياه على ركازات الألومنيوم. وباﻹضافة إلى ذلك، نعرض الأساليب لتوصيف خصائص ترطيب وخشونة، والمتانة والأداء مضادة للتجمد.
لإعداد الأسطح SH، قمنا باستخدام استراتيجيتين. الاستراتيجية الأولى تتضمن درجة خشونة السليم إلى تحقيق ?...

سوبيرهيدروفوبيك (ش) الأسطح قادرة على صد المياه هو السبب في أن اقترحوا تقليديا كحل لمنع الجليد1،2. ومع ذلك، هناك مخاوف بشأن مدى ملاءمة السطوح SH لعوامل مضادة للتجمد: 1) ارتفاع تكاليف الإنتاج، سوبيرهيدروفوبيسيتي 2) أنه لا يؤدي دائماً إلى الجليد-فوبيسيتي3و 3) مشكوك فيها متانة SH السطوح4 . الأسطح سوبيرهيدروفوبيك عقد اثنين من الخصائص المتعلقة بتكوين الطوبوغرافيا والمادة الكيميائية على5: والخام، مع السمات الطوبوغرافية الخاصة؛ وهو منخفض من الطاقة السطحية (مسعور جوهريا).
خشونة على سطح الماء يؤدي إلى خفض النسبة بين منطقة الحقيقية الصلبة والسائلة ومنطقة الاتصال الظاهر. المياه ليست تماما على اتصال الصلبة بسبب6،لوتس تأثير7، عندما تقع على الانخفاض أو يتحرك على أسبيريتيس السطحية. في هذا السيناريو، واجهة الصلبة والسائلة أفعال تقوم بهذين المجالين الكيميائي: سطح صلب نفسها وفي فقاعات الهواء الصغيرة محاصرين بين الصلبة والمياه8. درجة صد الماء متصل بكمية الهواء المحبوس للبقع الهواء السلس وزاوية الاتصال الجوهرية هو 180°. بعض الدراسات عن إدراج مادة سطح هرمي مع الجزئي ونانو-أسبيريتيس الاستراتيجية المثلى لتوفير أفضل خصائص طارد المياه (وجود أكبر من الهواء في الواجهة الصلبة والسائلة)9. بالنسبة لبعض المعادن، هو استراتيجية منخفضة التكلفة لإنشاء ميزات مستويين خشونة النقش حمض10،11. وكثيراً ما يستخدم هذا الإجراء في الصناعة. مع تركيزات حمض والنقش بأوقات معينة، يكشف السطح المعدني خشونة الهرمية المناسبة. بشكل عام، هو الأمثل تخشين السطح باختلاف تركيز حامض أو النقش مرة كل12. الطاقة السطحية للمعادن عالية لهذا السبب، يتطلب تصنيع الأسطح المعدنية طارد المياه هيدروفوبيزيشن فيما بعد.
ويتحقق هيدروفوبيزيشن عموما بترسب مسعور الفيلم باستخدام أساليب مختلفة: سيلانيزيشن10،13،14من تراجع-طلاء، تدور-طلاء15، رش16 أو البلازما ترسيب17 . وقد سيلانيزيشن المقترح18 كواحدة من الأدوات الأكثر تبشيرا بالنجاح لتحسين متانة السطوح SH منخفضة. خلافا لغيرها من تقنيات الترسيب، هي عملية سيلانيزيشن استناداً إلى سند تساهمية بين المجموعات يا سي مع مجموعات الهيدروكسيل سطح الركيزة المعدنية10. عيب عملية سيلانيزيشن هو الحاجة إلى تنشيط الركيزة المعدنية السابقة لإنشاء مجموعات الهيدروكسيل كافية لدرجة عالية من التغطية والتوحيد. استراتيجية أخرى اقترحت مؤخرا على أسطح مقاومة لإنتاج سوبيرهيدروفوبيك هو استخدام الطلاءات التراب النادر19،20. الطلاء سريا بخاصيتين لتبرير هذا الاستخدام: يمكن أن يكون جوهريا مسعور21، وقوى ميكانيكيا وكيميائيا. على وجه الخصوص، هو واحد من أهم الأسباب لماذا يختارون كالطلاء بهم قدرات التآكل لحماية20.
لإنتاج طويلة الأمد SH الأسطح المعدنية، تعتبر مسألتين: يجب أن لا يكون معطوباً نسيج السطح، والفيلم/الطلاء مسعور يجب أن يكون راسخا إلى الركيزة. الأسطح يتعرض عادة ارتداء نشأت ب تأثير الكشط أو الجسيمات الأفقي4. في حالة تلف في أسبيريتيس، قد يكون تخفيضاً في واتيرريبيلينسي. ضمن البيئات المتطرفة، قد تتم إزالة جزئيا من السطح الطلاء مسعور أو قد تتحلل كيميائيا بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية، أو الرطوبة، أو التآكل. تصميم طلاء السطوح SH دائم يشكل تحديا هاما لطلاء والهندسة السطحية.
بالنسبة للمعادن، أحد المتطلبات الأكثر تطلبا أن قدرة مضادة للتجمد يرتكز على ثلاثة جوانب مترابطة22 كما هو مبين في الشكل 1: subcooled صد الماء وتأخير التجميد والتصاق الجليد منخفضة. الجليد في الهواء الطلق يحدث عندما subcooled المياه، عادة المطر يسقط ويأتي في اتصال مع سطح صلب وهو سرعة جمدتها التنو متغايرة23. الجليد شكلت (الصقيع) أرفقت بشدة إلى السطح. وهكذا، الخطوة الأولى لتجنب الجليد لتقليل وقت الاتصال الصلبة بالمياه. إذا كان السطح سوبيرهيدروفوبيك، يجوز طرد قطرات المطر من على سطح الأرض قبل التجميد. وباﻹضافة إلى ذلك، وقد ثبت أن الأسطح مع زاوية اتصال عالية تأخير تحت الظروف الرطبة، تجميد أكثر كفاءة من تلك التي مع زاوية اتصال منخفضة24. لهذين السببين، هي الأسطح SH الأسطح الأكثر ملائمة للتخفيف من تتويج للعملية. ومع ذلك، قد يكون عمر السطوح سوبيرهيدروفوبيك نقطة رئيسية نظراً لظروف الجليد العدوانية عادة25. وأبرمت بعض الدراسات أن الأسطح SH ليست أفضل خيار لتقليل التصاق الجليد26. مرة أشكال الجليد على السطح، فإنه يبقى المرفقة بشدة بسبب أسبيريتيس السطحية. يزيد الخشونة منطقة الاتصال سطح الجليد وأسبيريتيس بمثابة عوامل متشابكة26. ينصح باستخدام دائم SH الأسطح لتجنب الجليد إذا لم يكن هناك أي آثار للجليد الموجودة بالفعل على السطح.
في هذا العمل، ونحن نقدم العديد من البروتوكولات لإنتاج أسطح SH دائم على ركائز معدنية. نحن نستخدم الألومنيوم (Al) الركيزة لأنه يتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعة، وإدراج خصائص مضادة للتجمد ذات أهمية خاصة لبعض التطبيقات (مرافق منتجعات التزلج، والملاحة الجوية، إلخ). نحن نعد ثلاثة أنواع من السطوح: سطح ال محكم المغلفة مع فلوروبوليمير طلاء، سيلانيزيد سطحية ال محكم مع فلوروسيلاني، وبلير حمض سريا ستارك على الركازة بن. مماثلة تقنيات17،،من2728،29 توفير 100-300 نانومتر سمك الفيلم أو حتى أحادي الطبقة الأفلام. لكل سطح، وقياس خصائصها التبول، وأجرت تجارب ارتداء. وأخيراً، قمنا بتحليل أدائهم مضادة للتجمد، باستخدام ثلاثة اختبارات تهدف إلى التحقيق بشكل مستقل في ثلاثة خصائص هو مبين في الشكل 1.
لدينا بروتوكول يستند على النظام هو مبين في الشكل 2. حالما يتم إعداد الأسطح SH Al، يتم تحليل خصائص ترطيب، والطوبوغرافيا لتحديد خصائص صد وميزات خشونة. ويتم تحليل خصائص ترطيب من كذاب إسقاط التجارب، وتقنية متصلة بالمياه الالتصاق الشد. نظراً لملاحظة انخفاض مستبعد المطلوبة، أن هذا الأسلوب فقط مناسبة للأسطح سوبيرهيدروفوبيك13. لكل من المعالجة السطحية، أننا على استعداد على الأقل أربع عينات لإجراء اختبارات مضادة للتجمد وعينات أربع أخرى إجراء اختبارات المتانة. وقد تم تحليل الأضرار بعد كل اختبار المتانة بقياس الخسائر في التبول خصائص وميزات خشونة. اختبارات المتانة مماثلة للمقترح منها في هذا العمل واستخدمت مؤخرا27،الأسطح المعدنية الأخرى30.
وفيما يتعلق باختبارات مضادة للتجمد، أن الهدف من هذه الدراسة تحديد ما إذا كان استخدام الأسطح SH Al المنتجة مريحة كعوامل مضادة للتجمد. ومن ثم، قمنا بتحليل، على سبيل المقارنة، أداء عينات مراقبة اثنين: أ) عينة ال غير معالجة (عينة ماء ناعمة) وب) هيدروفوبيزيد لكن غير محكم العينة (عينة مسعور السلس). لنفس الغرض، قد يكون استخدام محكم ولكن لا هيدروفوبيزيد السطح للفائدة. للأسف، هذا السطح الغاية قابل للبلل واختبارات مضادة للتجمد لا يمكن الاضطلاع عليها.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid, 37%</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>AC07411000</td>
			<td>used for acid etching</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1H,1H,2H,2H-Perfluorodecyltriethoxysilane, 97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>658758</td>
			<td>used for silanization with FAS-17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dupont AF1600</td>
			<td>Dupont</td>
			<td>D10389631</td>
			<td>used for fluropolymer deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FC-72</td>
			<td>3M, Fluorinet</td>
			<td>1100-2-93</td>
			<td>used for fluropolymer deposition (flurocarbon solvent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cerium(III) chloride heptahydrate, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>228931</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide solution, 30%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H1009</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stearic acid, &#8805;98.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S4751</td>
			<td>used for Ceria coating deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>16271</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>SICAL, S.A.</td>
			<td>1090</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum sheets 0.5mm</td>
			<td>MODULOR (Germany)</td>
			<td>125993</td>
			<td>substrates used throught</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-90 concentrated cleaning solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Z281506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra pure Milli-Q water</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma Etcher/Asher/Cleaner EMITECH K1050X</td>
			<td>Aname</td>
			<td>K1500XDEV-001</td>
			<td>used throughout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCC software</td>
			<td>AMETEK</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>sofware controlling the high speed camera Phantom MIRO 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera Phantom Miro 4</td>
			<td>AMETEK</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for bouncing drop experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open Loop PL&#181; 2.32</td>
			<td>UPC-CD6 &#38; Sensofar Tech S.L.</td>
			<td>version 2.32</td>
			<td>Sofware controlling PL&#181; Confocal Imaging Profiler</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pl&#181;-Confocal Imaging Profiler 2300</td>
			<td>Sensofar Tech S.L.</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for roughness measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TABER 5750 LINEAL ABRASER</td>
			<td>TABER</td>
			<td>5750</td>
			<td>used for lateral abrasion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Abbrasive sand: ASTM 20-30 SAND C778</td>
			<td>U.S. SILICA COMPANY (USA)</td>
			<td>1-800-635-7263</td>
			<td>used for abrasive partcile impact tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ozone cleaner: PSDP-UV4T, Digital UV Ozone System</td>
			<td>Novascam</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>UV-ozone degradation test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peristalitic Pump GILSON 312, France</td>
			<td>GILSON (France)</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for water dripping test</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon thread</td>
			<td>Dracon fishing line, Izorline internacional, inc. (USA)</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital force gauge (ZTA-200N, ZTA Series</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>370199</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motorized test stand I, MH2-500N-FA</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>366942</td>
			<td>used for ice adhesion tests</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Force Recorder Professional</td>
			<td>IMADA (USA)</td>
			<td>version 1.0.2</td>
			<td>software provided by IMADA to register the force</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HYGROCLIP XD - STANDARD PROBE</td>
			<td>Rotronic</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>Temperature and humidity probe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HW3 Lite software</td>
			<td>Rotronic</td>
			<td>version 2.1.2</td>
			<td>Sofware controlling the HYGROCLIP Probe</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of superhydrophobic metal surfaces for anti-icing applications

وتعرض عدة طرق لإنتاج الأسطح المعدنية سوبيرهيدروفوبيك في هذا العمل. واختير الألومنيوم كالركيزة المعدنية بسبب استخدامها على نطاق واسع في الصناعة. ويتابيليتي السطح المنتجة تم تحليلها بواسطة كذاب إسقاط التجارب وقد تم تحليل التضاريس بالفحص المجهري [كنفوكل]. وباﻹضافة إلى ذلك، نعرض مختلف منهجيات قياس المتانة وخصائص مضادة للتجمد. عقد السطوح سوبيرهيدروفوبيك نسيج خاصة التي يجب الحفاظ عليها للحفاظ على واتيرريبيلينسي. لاختلاق السطوح دائم، تابعنا استراتيجيتين لإدراج مادة مقاومة. الاستراتيجية الأولى إدماج مباشر خشونة إلى الركيزة المعدنية بالنقش حمض. بعد هذا تيكستوريزيشن السطحية، قد انخفضت الطاقة السطحية بترسب سيلانيزيشن أو فلوروبوليمير. الاستراتيجية الثانية هي نمو طبقة سريا (بعد تيكستوريزيشن السطحية) التي ينبغي أن تعزز السطحية الصلابة والمقاومة للتآكل. كان تناقص الطاقة السطحية مع فيلم حمض دهني.
تم فحص متانة السطوح سوبيرهيدروفوبيك اختبار تأثير الجسيمات، وارتداء الميكانيكية بالكشط الأفقي، ومقاومة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية. واستكشفت بدراسة القدرة على إلغاء subcooled المياه، تجميد التأخير، والجليد التصاق خصائص مضادة للتجمد.

ويبين الشكل 5خصائص ترطيب وخشونة الأسطح SH التي استخدمت في هذه الدراسة. يتم عرض متوسط عدد القفزات يقاس لكل عينة في الشكل 5a ومتوسط الخشونة هو مبين في الشكل 5 (ب). لا يوجد ارتباط بين الخشونة وترطيب خصائص. ويوافق عدد القفزات قياس ا...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications at JoVE.com

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

نحن توضيح عدة منهجيات لإنتاج سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية واستكشاف خصائصها المضادة التجمد والمتانة.

تصنيع سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية لتطبيقات مضادة للتجمد

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

This method can help answer key questions in the coating fields about the convenience and suitability of using superhydrophobic surfaces as anti-icing agents in real applications. The main advantage of these techniques is that analysis with a surface both prevents icing and is durable enough to resist the wetting conditions when icing occurs. To begin the sample preparation, in a fume hood, place a 100 milliliter beaker containing 80 milliliters of four molar hydrochloric acid in a 500 milliliter beaker.Fill another 500 milliliter beaker with ultrapure water. Immerse an aluminum sample in the acid, using polytetrafluoroethylene tweezers and allow it to soak for eight minutes. Then, quench the etched sample in ultrapure water.Thoroughly rinse the sample before proceeding. Next, dry the sample under a steam of filtered compressed air until no water is visible on the surface. Lastly, dry the sample in an oven at 120 degrees Celsius for 10 minutes.To hydrophobize the sample by vapor-phase silanization, first plasma-treat the sample with air plasma at 100 watts for 10 minutes. Then, immediately place the sample in a plastic Petri dish and incline the sample slightly with a 20 to 200 microliter pipette tip. Apply two 50 microliter drops of the silane about one centimeter from the sample.Cover most of the dish with the lid. Promptly place the dish in a vacuum dessicator. Cover about 80%of the dish with the lid and evacuate it to begin silanization.Silanize the sample overnight or for at least eight hours. To hydrophobize a sample by fluoropolymer deposition, first spray the sample from 10 centimeters away with a one to 20 by volume solution of an amorphous fluoropolymer in a fluorocarbon solvent. Allow the coating to dry in air at room temperature for 10 minutes.Apply a second coat and dry the sample at 110 degrees Celsius for 10 minutes to evaporate the solvent and crosslink the fluoropolymer coating. Then, check that the surface is superhydrophobic. To hydrophobize an etched sample by ceria-stearic acid deposition, first clean and dry the sample.Then, immerse the sample in 50 milliliters of an aqueous solution containing two grams of cerium trichloride heptahydrate and three milliliters of 30%by weight hydrogen peroxide. Keep the immersed sample in an oven at 40 degrees Celsius for one hour. Then, rinse the sample in distilled water, dry it at 100 degrees Celsius for 10 minutes and allow it to cool to room temperature.Then, soak the sample in a 30 millimolar solution of stearic acid in ethanol for 15 minutes. Afterwards, rinse the sample in ethanol, dry it at 100 degrees Celsius for 10 minutes and let it cool. Place a sample on the bouncing drop experiment platform under a fixed insulin needle.Set the high-speed camera acquisition rate to 4200 images per second and the exposure time to 235 microseconds. Then, fill a one milliliter syringe with ultrapure water and connect it to the needle. Confirm that the needle and sample are in focus and then begin recording.Stop recording a few seconds after a drop falls on the sample. Trim the video to start from the moment of the drop being released from the needle and end at the static drop being in full contact with the sample with no further bouncing observed. Create the drop profiles with image analysis software and quantify the number of bounces by watching the video sequence.To perform a lateral abrasion test, first set a linear abrader with a mild to moderate tip to 20 cycles per minute with a stroke length of 38.1 millimeters. Configure the abrader for the minimum applied pressure. Mount the sample on the abrader and perform an abrasion cycle.Then, gently clean and dry the sample. Evaluate the wetting properties with a tilting plate experiment. Repeat the abrasion and evaluate the sample again after two, three and five total cycles.To perform an abrasive particle impact test, first fix a sample on a surface with a 45 degree incline. Mount a glass funnel 24 to 26 centimeters above the sample. Pour 30 milliliters of ASTM 2030 abrasive test sand into the funnel and wait for the sand to flow over the sample.Evaluate the wetting properties with a tilting plate experiment. Perform this test up to three times per sample. To perform a UV-ozone degradation test, treat the sample in a UV-ozone cleaner for 10 minutes at room temperature.Afterwards, rinse the sample in ultrapure water, dry it with compressed air and evaluate the wetting properties. Repeat this test up to three times. To begin the freezing delay test, place a large sample on an isolated platform In the center of a freezing chamber.Ensure that the chamber humidifier is filled with water. Then, use a pipette to gently deposit an array of 25 drops of water on the sample, if it is superhydrophobic. For other samples, deposit an array of 70 drops.Close the chamber and start the cooling system. Once the chamber reaches about five degrees Celsius, start the humidifier. The drops will begin to nucleate below zero degrees Celsius.Once nucleation begins, record the number of frozen drops at intervals of 0.5 degrees Celsius until all drops have frozen. Repeat the test until about 200 drops have been tested on the sample. To begin the tensile ice-adhesion test, Tie 0.25 millimeter nylon thread to a digital force gauge mounted on a motorized test stand above the freezing chamber.Then, cut a 28 millimeter long piece of PTFE pipe with a 10 millimeter inner diameter. Drill two one millimeter-wide holes across from each other, five millimeters from one end of the cylinder. Put a narrow bar through these holes.Then, set the cylinder upright on a sample and fill it with 1.2 milliliters of distilled water. Carefully place the sample and cylinder on a platform in the freezing chamber, keeping the cylinder pressed against the sample. Close the freezing chamber, turn on the cooling system and wait one hour for the water to freeze.Then, firmly fix the sample to the platform using a striker plate with a hole slightly wider than the cylinder. Connect the sample to the force gauge by feeding the nylon thread through the bar at the top of the cylinder. Close the chamber and wait for 10 minutes.Then, when recording the force, vertically displace the gauge from the sample at 10 millimeters per minute until the ice separates from the sample. For the shear adhesion test, freeze 1.2 milliliters of water against a sample in a PTFE cylinder in the same way. Clamp the sample vertically in the freezing chamber and fit a metal ring attached to the force gauge via nylon thread over the cylinder.Close the chamber and wait 10 minutes. Then, vertically displace the gauge at 10 millimeters per minute until the ice shears. No correlation was observed between roughness and wetting properties of the superhydrophobic surfaces.For example, while the PTFE sample had a similar roughness value to the fluoro alkoxysilane sample, its average number of bounces was closer to that of the ceria-stearic acid sample. All three sample types exhibited poor mechanical resistance, losing their water-repelling properties after two cycles. The fluoro alkoxysilane and the ceria-stearic acid samples were degraded by UV-Ozone exposure, but the PTFE sample was not.At high humidity, the superhydrophobic surfaces delayed freezing longer than the smooth hydrophobic surfaces did. However, at low relative humidity, the superhydrophobic surfaces delayed freezing less efficiently than smooth hydrophobic surfaces did. Consistent with previous findings, the superhydrophobic surfaces showed greater shear and tensile ice-adhesion than coated and uncoated smooth surfaces.This was attributed to the roughness of the superhydrophobic surfaces. A hierarchical texture is required to produce a metal superhydrophobic surface. Acid etching is a very successful strategy, but the conditions depend on the metal.Advance screening is required to insure an optimal degree of roughness. The etching reactions on the hydrophobization molecules might be the most critical steps for successfully producing superhydrophobic surface on aluminum. Following this procedure, other materials like lubricant-impregnated slippery surfaces can be fabricated to answer additional questions about which surfaces avoid icing more efficiently.By combining the analysis of two important aspects of anti-icing agents'suitability, this technique paves the way for researchers in the coatings field to explore certain surfaces and coatings as anti-icing agents that are resistant to air in environmental conditions. Don't forget that working on acid is extremely dangerous. should be taken like training and wear different devices for protection, like goggles, gloves and so.

Research

JoVE Journal

Engineering

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

التحقيق ورسم الخرائط أسطح الكهربائي في خلايا الوقود الصلبة أكسيد

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

تلفيق من VB<sub&gt; 2</sub&gt; / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

عملية تصنيع عازل المرنة الأجهزة التنفيذية القائمة على السيليكون

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

تصنيع المجهرية البوليمر لمرنان البصرية وتطبيقات الليزر

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

قابلة للتطوير حل معالجتها استراتيجية تصنيع عالية الأداء، مرنة، أقطاب شفافة مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

إعداد مساحة كبيرة الرأسي 2D المتغايرة كريستال-الهياكل من خلال سولفوريزيشن الأفلام المعادن الانتقالية لتصنيع الجهاز

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

Fabricating Reactive Surfaces with Brush-like and Crosslinked Films of Azlactone-Functionalized Block Co-Polymers

اختﻻق السطوح المتفاعلة مع مثل الفرشاة وأفلام كروسلينكيد فونكتيوناليزيد أزلاكتوني كتلة المشارك البوليمرات

In this paper, fabrication methods that generate novel surfaces using the azlactone-based block co-polymer, poly (glycidyl methacrylate)-block-poly (vinyl ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

تصنيع خيوط تنصهر (FFF) من مكونات معدنية-السيراميك

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...