[发明专利]一种具高效光热效应磁性高分子复合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请属于高分子表面防冰技术领域。本申请提供了一种具高效光热效应磁性高分子复合材料及其制备方法和应用，通过将磁性纳米粒子负载一维量子材料，径向地靠近所述高分子材料的表层排列，形成高光热转换效率功能表面，实现了表面被动防冰和主动光热除冰的双重功能，提高除冰效率。本申请的高分子复合材料是一种具有微纳结构的三维复合材料，几何尺寸稳定性高，超疏水效果显著，克服了表面疏水防冰涂层易脱落易损坏、防污性差的缺点，具有较高耐磨性及使用寿命。本申请提供的制备方法操作简单、成本低，制备得到的具高效光热效应磁性高分子复合材料在防冰、除冰、自清洁材料等领域有广阔的应用前景。

技术领域

本申请属于高分子表面防冰技术领域，尤其涉及一种具高效光热效应磁性高分子复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

在输电线路、复合绝缘子以及低温液体储运的覆冰对电力基础设施和运输系统造成高能耗或重大危害，引发严重的安全问题。除冰和防冰是用于改善覆冰状况的两种主要方法。目前除冰法主要包括机械除冰法、加热除冰法和化学除冰法，虽应用广泛，但耗费巨大，对环境污染严重，并且易损伤部件。防冰法包括涂层和几何拓扑结构等多尺度表面，成本低且环境友好。然而，涂层与基底的结合力较弱、表面易损坏、耐磨性差、抗污性能差、导致其使用寿命短。研究表明，除冰光照或电加热系统与防冰疏水涂层协同抗冰效果较好，且能减少能量损耗，其中光照产热对能量的利用率较高，但还是避免不了作为涂层寿命短的问题。

文献“Superhydrophobic SiC/CNTs Coatings with Photothermal DeicingandPassive Anti-Icing Properties”中提及的涂层方法，虽然解决了防冰除冰问题，但涂层与基底的结合力较弱、表面易损坏、耐磨性差、抗污性能差，导致其使用寿命短等问题仍未解决。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种具高效光热效应磁性高分子复合材料及其制备方法和应用，克服表面疏水防冰涂层易脱落易损坏、防污性差的缺点，具有较高耐磨性及使用寿命。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种具高效光热效应磁性高分子复合材料，包括磁性纳米粒子、一维量子材料以及高分子材料；

所述磁性纳米粒子被聚膦腈包覆；

所述磁性纳米粒子负载所述一维量子材料，径向地靠近所述高分子材料的表层排列。

本申请中，针对除冰和防冰遇到的问题，在固体表面设计微纳结构以减少水滴与表面的有效接触面积，降低水滴在表面的附着，从而使水滴不易积累甚至在结冰前滚落表面以提高成核能垒并延缓结冰。本申请采用负载的形式将带有羟基的微米级包覆磁性纳米粒子与一维量子材料进行改性，再分散于高分子材料中，形成了一种具有神经网络结构的磁性高分子复合材料，提高了复合材料内部至表面的导热能力，进而提高了除冰效率。同时，包覆磁性纳米粒子以及一维量子材料都是光生热材料，相辅相成，相互连通。包覆磁性纳米粒子不仅可以生热还可以带动一维量子材料取向，而一维量子材料也可以生热并且能导热，在单点红外光照射下整体都会发热，即使表层破坏也不会直接导致导热性能消失，使得本申请的复合材料使用寿命长。

优选的，所述磁性纳米粒子选自Fe₃O₄、NiFe₂O₄和CoFe₂O₄中的一种；

所述一维量子材料选自碳纳米管、石墨烯、碳纤维和纳米银线中的一种。

优选的，所述磁性纳米粒子的直径为10-50nm，更优选为10～20nm。