Superhydrophobic surfaces exhibiting low interfacial toughness with ice
Notice bibliographique
Résumé
• Three superhydrophobic surfaces were examined for their large-scale de-icing capability. • Mechanically durable micro/nanostructures with high graft density low-surface-energy formed. • Durability and high graft density were essential to observe a low interfacial toughness with ice. • Surface could repel ∼ 40 µL water droplets at low tilting angles under highly condensing conditions. Superhydrophobic surfaces (SHPs) demonstrate superior water repellency and promising surface properties like self-cleaning, anti-fouling, and drag-reducing characteristics. However, it remains unclear whether SHPs can effectively lower the adhesion of ice accumulated on a surface, particularly for large-scale interfaces (>1 cm) where the delamination of ice is controlled by interfacial toughness. Here, three categories of SHP surfaces were evaluated. It was found that the mechanical durability of commercially available SHP sprays was insufficient even for collecting reproducible ice adhesion results using the push-off test. While roughening a piece of a hydrophobic surface like Teflon did increase the water repellency and result in superhydrophobicity, the adhesion of ice on the textured surface was dramatically increased due to mechanical interlocking of the ice. Instead, a SHP surface was designed with both micro- and nano-structures conformally coated by a silica layer, followed by a perfluoropolyether (PFPE) top coat. This SHP, due to its durability and robust Cassie Baxter state, demonstrated promising large-scale ice repellency for the first time, i.e. a low interfacial toughness with ice of 0.6 J/m 2 under freezing conditions at −20 °C, even after more than 40 repeated icing/de-icing tests. Compared to a similar SHP surface without the silica layer, the silica-primed SHP maintained low friction with water droplets under condensing conditions (T = 2 °C, relative humidity > 50 %) for over 10 min. The hierarchical structure in addition to the high grafting density of the PFPE on the silica-primed SHP surface was confirmed by cross-sectional transmission electron microscope imaging and X-ray photoelectron spectroscopy, respectively.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
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