CN114656857A - 一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用，涉及功能性涂层材料技术领域。本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到。本发明提供的防冰材料实现了单一材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够有效实现防冰节能，可应用于风机叶片、飞行器等防除冰领域。

Description

一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材 料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能性涂层材料技术领域，特别涉及一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用。
背景技术
飞机结冰是指飞机在大气中飞行时，其部件表面上积聚了冰层的现象。飞机机翼前缘、尾翼、发动机进气道前缘的结冰，会严重影响飞机飞行的安全，并会对飞行的性能造成极大的损害；风力发电机的叶片结冰会改变风机叶片的频率，进而改变其动态响应行为，严重影响发电机的效率；高寒线高铁底盘的结冰也会严重影响高铁的运行安全。
目前，飞机的防除冰技术按有无能量的输入可分为两大类，即：主动防除冰技术和被动防冰技术。被动防冰技术主要有涂覆超疏水表面、超滑表面等，其中，超疏水表面(如二氧化硅氟化接枝表面)能够降低结冰附着力，在静态结冰的情况下，可大大延缓结冰时间；但超疏水表面在动态结冰情况下，并不能实现完全防冰，并且超疏水表面的耐久性仍是其工程化应用的主要问题。主动防除冰包括气热、电加热、光热等技术，传统的气热技术由于热气温度高，能耗较高，并不能满足复合材料耐温低、无人机载能较低的需求；电加热技术通过焦耳热在冰层和基板界面可形成水膜，从而大大降低结冰附着力，实现表面防除冰；太阳光在自然界中随处可得，如果表面具备光热性能，则可利用光热输入，提高防除冰的效率并降低能耗；但是，电热、光热表面在不供给能量的时候，并不具有降低结冰附着力的功能。目前的主动防冰技术和被动防冰技术防除冰效果并不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用。本发明提供的防冰材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够实现高效节能防除冰的功能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；
所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。
优选地，所述可氟化接枝聚合物基体包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚酯树脂和酚醛树脂的一种或几种。
优选地，所述纳米导电粒子包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的一种或几种。
优选地，所述纳米光热粒子包括碳基光热材料、金属氧化物材料和贵金属材料中的一种或几种。
优选地，所述纳米疏水粒子包括PTFE颗粒、二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、四氧化三铁颗粒中的一种或几种。
优选地，所述电热光热超疏水涂层的厚度为50～500μm。
优选地，所述平行电极的材料包括金属材料、碳纤维和导电银胶中的一种或几种。
本发明提供了以上技术方案所述防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
在基材层表面制备绝缘层；
在所述绝缘层表面布置平行电极；
将可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂混合，得到涂料混合液；将所述涂料混合液喷涂在布置有平行电极的绝缘层表面后进行固化，得到所述防冰材料。
优选地，所述固化的温度为80～150℃。
本发明提供了以上技术方案所述防冰材料或以上技术方案所述制备方法制备得到的防冰材料在防冰领域中的应用。
本发明提供了一种备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到。本发明提供的防冰材料具备良好的耐磨性能，涂层表层磨损后露出的新表面仍具有良好的超疏水性能，并且该防冰材料具有良好的导电性能，良好的电加热以及光热性能。本发明提供的防冰材料能够在电热、光热作用下将其表层积冰融化形成液膜，利用多重能量输入，并复合超疏水涂层降低结冰附着力的作用，大大提高防除冰性能，降低防除冰温度以及加热功率需求。本发明提供的防冰材料实现了单一材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够有效实现防冰节能，可应用于风机叶片、飞行器等防除冰领域。
本发明提供了以上技术方案所述防冰材料的制备方法，防冰材料涂层为一体化制备，材料结构均一，且操作简单，有利于实现规模化制备。
附图说明
图1是本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料的结构示意图；
图2是本发明提供的防冰材料涂层耐磨性强的原理图；
图3是本发明制备防冰材料的流程图；
图4是实施例1制备的防冰材料涂层疏水性能测试效果图；
图5是实施例1制备的防冰材料涂层的加热曲线以及电加热性能红外热像图；
图6是实施例1制备的防冰材料涂层的光热曲线及光热性能红外热像图；
图7为对实施例1制备的防冰材料涂层进行超疏水耐磨性测试的测试方法示意图；
图8为实施例1制备的防冰材料涂层的超疏水耐磨性能测试效果曲线图，图8中(a)为水在涂层表面的接触角随摩擦次数的变化曲线，(b)为水在涂层表面的水滚动角随摩擦次数的变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；
所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。
本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料的结构如图1所示。
本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料包括基材层。本发明对所述基材层的材料没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的基材层材料即可，如金属基板或复合基板。
本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料包括设置在所述基材层表面的绝缘层。本发明对所述绝缘层的材料没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的绝缘材料即可，如聚氨酯、环氧树脂、硅橡胶、高密度聚乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。在本发明中，所述绝缘层起绝缘和绝热的作用，所述绝缘层的厚度以保证绝缘电阻大于10MΩ为准。
本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料包括复合在所述绝缘层表面的电热光热超疏水涂层。在本发明中，所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到。在本发明中，所述可氟化接枝聚合物基体优选为环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚酯树脂和酚醛树脂中的一种或几种；所述可氟化接枝聚合物基体能够接枝氟长链。在本发明中，所述纳米导电粒子优选包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的一种或几种；所述纳米导电粒子的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％，优选为5～30％。在本发明中，所述纳米光热粒子优选包括碳基光热材料、金属氧化物材料和贵金属材料中的一种或几种，所述碳基光热材料优选包括石墨烯、石墨粉和导电炭黑中的一种或几种，所述金属氧化物材料优选包括四氧化三铁、三氧化二铁和氧化铝中的一种或几种，所述贵金属材料优选包括纳米金粉、纳米铜粉和纳米银粉中的一种或几种；所述纳米光热粒子的质量优选为可氟化接枝聚合物基体质量的10～50％，优选为20～40％。在本发明中，所述纳米疏水粒子优选包括PTFE颗粒、二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、四氧化三铁颗粒中的一种或几种；所述纳米疏水粒子的质量优选为可氟化接枝聚合物基体质量的20～120％，优选为20～100％，更优选为30～80％；所述纳米疏水粒子主要用于构建涂层表面微纳粗糙结构。在本发明中，所述氟铵盐固化剂优选包括六氟磷酸铵、氟化氢铵和氟硅酸铵中的一种或几种；所述氟铵盐固化剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～30％，优选为15～20％。本发明对所述有机溶剂没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的有机溶剂即可，具体地如丙酮、甲苯或二甲苯；所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍，优选为12～14倍。在本发明中，所述电热光热超疏水涂层的厚度优选为50～500μm，更优选为100～400μm。
在本发明中，所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极。在本发明中，所述平行电极的材料优选包括金属材料、碳纤维和导电银胶中的一种或几种；所述平行电极的间距具体根据电阻、加热区域等实际情况来设定。在本发明中，所述电热光热超疏水涂层内部的纳米导电粒子给予涂层优良的导电性，通过所述平行电极供给一定的电压，可产生焦耳热。
本发明提供的防冰材料具备良好的耐磨性能，在表面磨损一层后，新的表面仍然具备良好的超疏水性能，因为防冰材料的涂层为掺杂体系，涂层表面被磨损后，新暴露的表面其基体材料仍为氟化树脂，内部含有纳米疏水粒子、纳米导电粒子和纳米光热粒子，仍然是低表面能粗糙表面，所以防冰材料的涂层具有良好的摩擦耐久性，其耐磨性强的原理如图2所示。而且，本发明提供的防冰材料能够在电热(平行电极外接电源)、光热作用下将其表层积冰融化形成液膜，利用多重能量输入，并复合超疏水涂层降低结冰附着力的作用，大大提高防除冰性能，降低防除冰温度以及加热功率需求。
本发明提供了以上技术方案所述防冰材料的制备方法，包括以下步骤：
在基材层表面制备绝缘层；
在所述绝缘层表面布置平行电极；
将可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂混合，得到涂料混合液；将所述涂料混合液喷涂在布置有平行电极的绝缘层表面后进行固化，得到所述防冰材料。
本发明制备所述防冰材料的流程如图3所示。
在本发明中，所述制备绝缘层的方法优选为：将绝缘材料溶解于有机溶剂中，得到绝缘材料溶液；将基材层进行毛化，在毛化后的基材层表面喷涂所述绝缘材料溶液，然后进行固化，完成绝缘层的制备。在本发明中，所述混合的方法具体优选为：将可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和有机溶剂混合，依次进行机械搅拌和超声分散，得到电热光热超疏水涂料分散液；将所述电热光热超疏水分散液和氟铵盐固化剂混合进行机械搅拌，得到所述涂料混合液。本发明对所述喷涂的方式和条件没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的喷涂方式和喷涂条件即可。在本发明中，所述固化的温度优选为80～150℃；所述固化的时间以喷涂后的涂层充分固化为准，使可氟化接枝聚合物基体与氟铵盐固化剂充分反应接枝为氟化树脂。
本发明提供的所述防冰材料的制备方法，防冰材料涂层为一体化制备，材料结构均一，且操作简单，有利于实现规模化制备。
本发明提供以上技术方案所述防冰材料或以上技术方案所述制备方法制备得到的防冰材料在防冰领域中的应用。本发明提供的防冰材料实现了单一材料同时具有电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，将多种防除冰方式结合起来，能够有效实现防冰节能，可应用于风机叶片、飞行器等防除冰领域。
下面结合实施例对本发明提供的具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料，制备方法如下：
将待喷涂金属基板进行毛化，在毛化后金属基板表面喷涂聚氨酯绝缘层，待绝缘层固化后，布置好铜箔平行电极，平行电极间隔为10cm；
在环氧树脂中加入纳米导电粒子石墨粉、纳米光热粒子四氧化三铁颗粒、纳米疏水粒子PTFE颗粒和有机溶剂二甲苯，依次进行机械搅拌和超声分散得到电热光热超疏水涂料分散液；其中石墨粉、四氧化三铁颗粒、PTFE颗粒的质量分别为环氧树脂质量的20％、20％、80％，有机溶剂的质量为环氧树脂质量的10倍；
在电热光热超疏水涂料分散液中加入固化剂六氟磷酸铵(六氟磷酸铵的质量为环氧树脂质量的20％)，搅拌均匀并喷涂于布置好平行电极的绝缘层上，涂层喷涂厚度为200μm；喷涂结束后，在热烘箱进行加热固化(温度为100℃)，得到具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料。
对制备的防冰材料进行疏水性能测试，结果如图4所示。由图4可以看出，盐酸溶液(pH值为1)、氢氧化钠溶液(pH值为13)以及纯水在防冰材料的涂层表面上均展现为超疏水状态，其中纯水在涂层表面的接触角为155.8°，滚动角为4.1°；盐酸溶液在涂层表面的接触角为154.9°，滚动角为4.7°；氢氧化钠溶液在涂层表面的接触角为154.3°，滚动角为5.1°，说明防冰材料涂层具有良好的疏水性能。
对制备的防冰材料进行电加热性能测试，从制备的防冰材料的两铜箔电极引出导线，连接到直流电源上，通过调整电压调整加热功率。图5为防冰材料的加热曲线以及电加热性能红外热像图。如图5所示，在电加热功率密度(单位面积的加热功率)为0.2W/cm2时，防冰材料涂层表面的平均温度达到80℃，说明防冰材料涂层具有良好的电加热性能。
对制备的防冰材料施加光照进行光热性能测试，结果如图6所示，图6为防冰材料涂层的光热曲线及光热性能红外热像图。如图6所示，防冰材料涂层在光功率密度为0.21W/cm2时，涂层表面的温度达到61℃，说明防冰材料涂层具有良好的光热效率。
对制备的防冰材料进行超疏水耐磨性测试：采用砂纸对防冰材料表面进行切向磨损的方法测量表面耐磨性，测试方法如图7所示：选用20×20mm2的防冰材料涂层板作为耐磨测试样件，取2000目砂纸平贴于平整平台上，将待测样件涂层面向下置于2000目砂纸上，样件背侧放置100g砝码施加固定压强2.5kPa，水平匀速推动样件，推动速度约30mm/s，使样件在砂纸表面平移15cm长的距离，如此计为1次测试。每进行10次耐磨性测试后，采用动态接触角测量仪测量水在涂层表面的接触角和滚动角。测试结果如图8所示，图8中(a)为水在涂层表面的接触角随摩擦次数的变化曲线，(b)为水在涂层表面的滚动角随摩擦次数的变化曲线。由图8可知，防冰材料涂层表面在砂纸打磨200次后，水在其表面的接触角仍能保持在150°以上，水的滚动角仍小于10°，说明本实施例制备的防冰材料具备良好的耐磨超疏水性。
实施例2
一种具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料，制备方法如下:
将待喷涂环氧树脂复合材料基板进行毛化，在毛化后复合材料基板表面喷涂环氧树脂绝缘层，待绝缘层固化后，布置好铜箔平行电极，平行电极间隔为8cm；
在环氧树脂中加入纳米导电粒子石墨烯、纳米光热粒子纳米金粉、纳米疏水粒子氧化铝纳米颗粒和有机溶剂二甲苯，充分混合，依次进行机械搅拌和超声分散得到电热光热超疏水涂料分散液；其中石墨烯、纳米金粉、氧化铝纳米颗粒的质量分别为环氧树脂质量的5％、15％、30％，有机溶剂的质量为环氧树脂质量的10倍；
在电热光热超疏水涂料分散液中加入固化剂六氟磷酸铵(六氟磷酸铵的质量为环氧树脂质量的20％)，搅拌均匀并喷涂于布置好平行电极的绝缘层上，涂层喷涂厚度为100μm；喷涂结束后，在热烘箱进行加热固化(温度为80℃)，得到具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料。
实施例3
一种具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料，制备方法如下:
将待喷涂碳纤维基板进行毛化，在毛化后金属基板表面喷涂硅橡胶绝缘层，待绝缘层固化后，布置好导电银胶平行电极，平行电极间隔为10cm；
在环氧树脂中加入纳米导电粒子纳米银粉、纳米光热粒子三氧化二铁、纳米疏水粒子氧化铝颗粒和有机溶剂甲苯，充分混合，依次进行机械搅拌和超声分散得到电热光热超疏水涂料分散液；其中纳米银粉、三氧化二铁、氧化铝颗粒的质量分别为环氧树脂质量的5％、20％、20％，有机溶剂的质量为环氧树脂质量的15倍；
在电热光热超疏水涂料分散液中加入固化剂氟硅酸铵(氟硅酸铵的质量为环氧树脂质量的25％)，搅拌均匀并喷涂于布置好平行电极的绝缘层上，涂层喷涂厚度为150μm；喷涂结束后，在热烘箱进行加热固化(温度为120℃)，得到具备电热光热转换能力和耐磨超疏水多重性能的防冰材料。
对实施例2和实施例3得到的防冰材料进行性能测试，结果实施例2和实施例3得到的防冰材料具有与实施例1类似的疏水性能、电加热性能和光热效率、以及超疏水耐磨性能。
由以上实施例可以看出，本发明提供的防冰材料实现了单一材料同时具有良好的电热、光热转化能力以及耐磨超疏水多重性能，从而能够有效实现防冰节能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备电热光热转换能力及耐磨超疏水多重性能的防冰材料，包括自下而上依次设置在基材层表面的绝缘层和电热光热超疏水涂层；所述绝缘层和电热光热超疏水涂层之间设置有平行电极；
所述电热光热超疏水涂层由包括可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂的原料固化得到；所述纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子和氟铵盐固化剂的质量分别为可氟化接枝聚合物基体质量的2～40％、10～50％、20～120％和10～30％，所述有机溶剂的质量为可氟化接枝聚合物基体质量的10～15倍。
2.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述可氟化接枝聚合物基体包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚酯树脂和酚醛树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述纳米导电粒子包括石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、纳米石墨粉、纳米金属粉和纳米金属线中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述纳米光热粒子包括碳基光热材料、金属氧化物材料和贵金属材料中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述纳米疏水粒子包括PTFE颗粒、二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒、四氧化三铁颗粒的一种或几种。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的防冰材料，其特征在于，所述电热光热超疏水涂层的厚度为50～500μm。
7.根据权利要求1所述的防冰材料，其特征在于，所述平行电极的材料包括金属材料、碳纤维和导电银胶中的一种或几种。
8.权利要求1～7任意一项所述防冰材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基材层表面制备绝缘层；
在所述绝缘层表面布置平行电极；
将可氟化接枝聚合物基体、纳米导电粒子、纳米光热粒子、纳米疏水粒子、氟铵盐固化剂和有机溶剂混合，得到涂料混合液；将所述涂料混合液喷涂在布置有平行电极的绝缘层表面后进行固化，得到所述防冰材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为80～150℃。
10.权利要求1～7任意一项所述防冰材料或权利要求8～9任意一项所述制备方法制备得到的防冰材料在防冰领域中的应用。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466599A (zh) * 2022-09-13 2022-12-13 中科融志国际科技(北京)有限公司 透明防冰涂层以及风机叶片
CN115477885A (zh) * 2022-09-19 2022-12-16 中科融志国际科技(北京)有限公司 多功能防冰涂层以及风机叶片
CN115595023A (zh) * 2022-10-31 2023-01-13 西安理工大学（Cn） 一种输电线防覆冰涂层及制备方法
CN115960385A (zh) * 2022-09-23 2023-04-14 西南科技大学 一种一体化多孔电热防除冰材料的制备及应用
CN116376083A (zh) * 2023-02-28 2023-07-04 中国矿业大学 一种用于风力发电机叶片防除冰的多功能复合涂层

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005036562A1 (en) * 2003-09-17 2005-04-21 Active Coatings, Inc. Exothermic coatings and their production
US20100126981A1 (en) * 2006-08-02 2010-05-27 Battelle Memorial Institute Electrically conductive coating composition
WO2013042052A1 (en) * 2011-09-19 2013-03-28 Corinne Jean Greyling Superhydrophobic coatings and methods of preparation
CN103203938A (zh) * 2013-04-12 2013-07-17 大连交通大学 一种用于基材表面的自发热涂层及其制备方法
WO2016070068A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 Ppg Industries Ohio, Inc. Resistive heating coatings containing graphene carbon particles and use of such coatings for low energy curing
CN106752462A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 中国民用航空总局第二研究所 一种超疏水材料及其制备方法
CN109486332A (zh) * 2018-11-22 2019-03-19 中国科学院兰州化学物理研究所 一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用
CN110423523A (zh) * 2019-09-05 2019-11-08 中国航空制造技术研究院 一种超疏水除冰复合涂层及其制备方法
CN111234587A (zh) * 2020-03-16 2020-06-05 中南大学 一种动车组车载转向架防冰涂层
CN112724830A (zh) * 2020-12-29 2021-04-30 广东绿色大地化工有限公司 一种超疏水抗污防覆冰水性涂料
CN114058224A (zh) * 2021-11-29 2022-02-18 华南理工大学 一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法
CN114058227A (zh) * 2021-11-30 2022-02-18 南昌航空大学 一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005036562A1 (en) * 2003-09-17 2005-04-21 Active Coatings, Inc. Exothermic coatings and their production
US20100126981A1 (en) * 2006-08-02 2010-05-27 Battelle Memorial Institute Electrically conductive coating composition
WO2013042052A1 (en) * 2011-09-19 2013-03-28 Corinne Jean Greyling Superhydrophobic coatings and methods of preparation
CN103203938A (zh) * 2013-04-12 2013-07-17 大连交通大学 一种用于基材表面的自发热涂层及其制备方法
WO2016070068A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 Ppg Industries Ohio, Inc. Resistive heating coatings containing graphene carbon particles and use of such coatings for low energy curing
CN106752462A (zh) * 2017-01-11 2017-05-31 中国民用航空总局第二研究所 一种超疏水材料及其制备方法
CN109486332A (zh) * 2018-11-22 2019-03-19 中国科学院兰州化学物理研究所 一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用
CN110423523A (zh) * 2019-09-05 2019-11-08 中国航空制造技术研究院 一种超疏水除冰复合涂层及其制备方法
CN111234587A (zh) * 2020-03-16 2020-06-05 中南大学 一种动车组车载转向架防冰涂层
CN112724830A (zh) * 2020-12-29 2021-04-30 广东绿色大地化工有限公司 一种超疏水抗污防覆冰水性涂料
CN114058224A (zh) * 2021-11-29 2022-02-18 华南理工大学 一种光热响应超疏水防冰复合涂层及其制备方法
CN114058227A (zh) * 2021-11-30 2022-02-18 南昌航空大学 一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115466599A (zh) * 2022-09-13 2022-12-13 中科融志国际科技(北京)有限公司 透明防冰涂层以及风机叶片
CN115466599B (zh) * 2022-09-13 2024-03-12 中科融志国际科技(北京)有限公司 透明防冰涂层以及风机叶片
CN115477885A (zh) * 2022-09-19 2022-12-16 中科融志国际科技(北京)有限公司 多功能防冰涂层以及风机叶片
CN115477885B (zh) * 2022-09-19 2023-08-25 中科融志国际科技(北京)有限公司 多功能防冰涂层以及风机叶片
CN115960385A (zh) * 2022-09-23 2023-04-14 西南科技大学 一种一体化多孔电热防除冰材料的制备及应用
CN115960385B (zh) * 2022-09-23 2024-01-26 西南科技大学 一种一体化多孔电热防除冰材料的制备及应用
CN115595023A (zh) * 2022-10-31 2023-01-13 西安理工大学（Cn） 一种输电线防覆冰涂层及制备方法
CN116376083A (zh) * 2023-02-28 2023-07-04 中国矿业大学 一种用于风力发电机叶片防除冰的多功能复合涂层

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