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清华朱宏伟教授团队SMALL:基于皱纹石墨烯的透明电热膜除雾剂和防冰涂料

发布时间:2020-1-8 16:06:00      阅读156

  本文要点:1、使用皱纹石墨烯(WG)制备了透明的电热除雾器;2、研究了皱纹石墨烯(WG)的抗冰性能。
  雾,霜,冰和其他自然现象会影响人类的生活和设备的功能。因此,去除或预防是需要解决的问题。石墨烯作为一种新型的二维材料,在除雾和除冰方面具有巨大的应用潜力。本文,清华大学材料学院朱宏伟教授团队在SMALL期刊发表名为“Transparent Electrothermal Film Defoggers and Antiicing Coatings based on Wrinkled Graphene”的论文,研究通过化学气相沉积法在铜锌合金基材上合成缺陷和均匀分布皱纹的石墨烯薄膜,并基于这种材料制备了透明的电热薄膜除雾剂。
  当提供28 V的安全电压时,除雾器可以在5s内完全消除雾气。除雾器的表面电阻对湿度敏感,可以实时监控除雾过程。如此出色的性能归因于超快的蒸发机理,可以防止积水过多。进一步研究了皱纹石墨烯(WG)的抗冰性能。防冰涂料可在-15°C下延迟1.25小时冻结,或在-10°C下延迟2.8小时冻结。WG的卓越性能可以用其独特的表面结构和纳米级粗糙度来解释。WG有望用于防雾玻璃,后视镜除雾,飞机表面除冰和其他应用。

 


  图1、a)基于5×5 cm^2 皱纹石墨烯的除雾剂和防冰涂层的照片。b)皱纹石墨烯的光学图像转移到玻璃基板上。c)SEM和d)皱纹石墨烯的AFM图像。皱纹石墨烯表面上的CA转移到e)硅片和f)玻璃基板上。g)CVD石墨烯,h)皱纹石墨烯的表面水分的蒸发过程。

 


  图2、皱纹石墨烯的除雾性能

 


  图3、a)基于WG的除雾器所需的最低无雾电压。
  b)在四个除雾周期中除雾器的实时R s变化。
  c)在一个除雾循环中分析电阻变化。


  图4、a)在三个表面上的水滴(4 µL)的冷冻和结霜过程的光学图像。
  b)在不同温度下的冷冻延迟时间。
  c)WG和CVD石墨烯在不同温度下的除霜时间。
  通过CVD制备具有均匀环形褶皱的石墨烯膜,并证明表面上的超快蒸发机理。制备基于WG的透明电热除雾器,可以在相对较低的电压下以一定的稳定性完成快速的表面除雾。在除雾器的一部分对湿度敏感,可以实时监控除雾过程并调整输入电压。另外,基于WG的特殊表面结构,通过实验证明其具有良好的防冰性能,并相应地制备了防冰涂层,可以有效地延迟水滴在表面的冻结并完成快速除霜。WG也可以转移到ITO玻璃上制成复合结构,不仅可以实现表面除冰,还可以实现除冰。WG被期望用于防雾玻璃,后视镜除雾,飞机表面除冰和其他场合。
  文献:
  Transparent Electrothermal Film Defoggers and Antiicing Coatings based on Wrinkled Graphene
  链接:
  https://doi.org/10.1002/smll.201905945
  作者:
  Zechen Li,Zhen Zhen ,Maosheng Chai ,Xuanliang Zhao ,Yujia Zhong ,Hongwei Zhu
  文章来源:材料分析与应用

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