科普專欄 / Information

石墨烯新應用─于極端環境中強效除冰疏水

美國萊斯大學科學家已經優化他們的以石墨烯為基底的除冰劑。這種新材料即使在超低溫下的環境,也能融化機翼及電線上的冰塊,且若溫度高于華氏7度的話,冰塊甚至是無法形成的。萊斯大學的James Tour化學實驗室,賦予這種除冰劑超疏水的性質,使其可以在華氏7度以上時被動地阻止水分凝結。這個薄膜是形成方式是:将除冰劑分散在原子厚度的石墨烯納米帶表面上,由于石墨烯是導體,所以材料能藉由電流來加熱以融化冰雪。

根據研究人員表示,這種材料可以透過噴塗的方式批覆上去,讓其适用在更廣泛的應用,像是飛機、電力線、雷達罩和船隻。該研究将會發布在這個月的美國化學學會雜志ACS Applied Materials and Interfaces。我們已經學會制作一種抗冰材料,它能在較溫和的條件下執行,讓加熱不再是必要條件,而是可以選擇性地的去使用。Tour教授說:我們現有的薄膜,可以在大範圍條件下,使大面積的區塊免除于冰雪的吸附。

疏水材料是指當他們和水的接觸角大于150度的時候;「接觸角」這個術語指的是水表面和材料表面接觸時,兩平面所構成的夾角。水珠越大,接觸角就越大。接觸角為0度的話基本上就是一個水坑;而最大角180度的話,則定義為剛接觸到表面的水珠。萊斯大學的薄膜結合氟化物和石墨烯納米帶來提高他們的疏水性質,Tour表示:他們發現納米帶結合全氟鍊一同調整的話,會導緻薄膜具有較高的接觸角,指出薄膜在一些特殊情況下為可控的。

加熱測試:将表面加熱到室溫下,接着再次冷卻,發現薄膜的性質并沒有産生其他變化。研究人員發現,7°C以下時,水會凝結在結構内部的孔隙,導緻表面失去其超疏水和防冰的性能。而在這一點上,應用至少12伏特的電力加熱,便足以再使其保有疏水的性質。應用40伏特加熱薄膜,能使其提高到室溫,盡管周圍環境是零下25°C。研究人員發現這雖然有效,但該除冰方式仍然不能完全地排除水份,因為一些會殘留在納米帶束間的孔隙。添加一些低熔點(-61°F)的潤滑劑到薄膜上,使其表面光滑、加速除冰以及節約能源。

來源:材料牛

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