Superhydrophobic Coating Based on Decorated Carbon Nanoparticles

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

A method is proposed for increasing the resistance of a superhydrophobic coating based on a CNT xerogel to frost deposition through the use of decorating nanoparticles. The effects of the addition of fullerenes, carbon nanoonions (CNOs), detonation nanodiamonds, silicon dioxide, and paraffin to the xerogel are tested. An increase in the resistance of the coating to the deposition of condensate in the form of frost is revealed. The addition of fullerene C60 leads to the best results. Increasing the resistance to icing allows us to spend less power on heating the surface during short cold snaps, bypassing the anti-icing properties of the protective superhydrophobic layer. However, the application of this approach shows a deterioration in the resistance of the coating to the penetration of the spray. This is given a qualitative explanation and measures to combat it are proposed. No effect of the additives on the mechanical properties of the coating or its resistance to damage is detected. In additon, decorating additives affect the formation of the coating relief. With this, it is possible to influence the stochastic processes of the formation of roughness during the drying of the xerogel.

Sobre autores

S. Kapustin

Department of Fundamental and Applied Physics, Lomonosov Northern (Arctic) Federal University, 163002, Arkhangelsk, Russia

Email: hare22@yandex.ru
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

M. Eseev

Department of Fundamental and Applied Physics, Lomonosov Northern (Arctic) Federal University, 163002, Arkhangelsk, Russia

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

Yu. Tsykareva

Department of Fundamental and Applied Physics, Lomonosov Northern (Arctic) Federal University, 163002, Arkhangelsk, Russia

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 163002, Архангельск, наб. Северной Двины, 17

V. Voshchikov

Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry, Russian Academy of Sciences, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2

D. Lugvishchuk

Technological Institute for Superhard and New Carbon Materials, 108840, Troitsk, Moscow, Russia

Autor responsável pela correspondência
Email: aisonoka@gmail.com
Россия, 108840, Троицк, Москва, ул. Центральная, 7а

Bibliografia

  1. Boinovich L.B., Emelyanenko A.M. Anti-icing Potential of Superhydrophobic Coatings // Mendeleev Commun. 2013. V. 23. Iss. 1. P. 3–10.
  2. Barthlott W., Neinhuis C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces // Planta. 1997. V. 202. P. 1–8.
  3. Wong T.S., Kang S.H., Tang S.K.Y., Smythe E.J., Hatton B.D., Grinthal A., Aizenber J. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity // Nature 2011. V. 477. P. 443–447.
  4. Соловьянчик Л.В., Кондрашов С.В., Нагорная В.С., Мельников А.А. Особенности получения антиобледенительных покрытий (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 6. С. 66.
  5. Соловьянчик Л.В., Кондрашов С.В. Перспективность использования углеродных нанотрубок для придания поверхности полимерных материалов функциональных свойств (обзор) // Труды ВИАМ. 2021. № 9 С. 103.
  6. Бойнович Л.Б., Емельяненко А.М. Гидрофобные материалы и покрытия: принципы создания, свойства, применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 7. С. 619–638.
  7. Соловьянчик Л.В., Кондратов C.B., Нагорная B.C., Волков И.А., Дьячкова Т.П., Борисов К.М. Электропроводящие, высокогидрофобные нанокомпозиты на основе фтор-полимера с углеродными нанотрубками // Журн. прикладной химии. 2018. Т. 91. № 10. С. 1462–1467.
  8. Нажипкызы М., Мансуров З.А. Супергидрофобные материалы и покрытия: обзор // Горения и плазмохимия. 2020. № 4. С. 163–180.
  9. Lafuma A., Quere D. Superhydrophobic states // Nat. Mater. 2003. V. 2. P. 457–460.
  10. Mumm F., Van Helvoort A.T.J., Sikorski P. Easy route to superhydrophobic copper–based wire–guided droplet microfluidic systems // ACS Nano. 2009. V. 3. P. 2647–2652.
  11. Rao A.V., Latthe S.S., Nadargi D.Y., Hirashima H., Ganesan V. Preparation of MTMS based transparent superhydrophobic silicafilms by sol–gel method // J. Colloid Interface Sci. 2009. V. 332. P. 484–490.
  12. Xiaoli W., Faxing Z. Surface and mechanical properties of anorganic–inorganic super–hydrophobic coating using modified nano–SiO2 and mixing polyurethane emulsion as raw materials // J. Adhes. Sci. Technol. 2018. V. 32. P. 1809–1821.
  13. Gnanappa A.K., Gogolides E., Evangelista F., Riepen M. Contact line dynamics of a superhydrophobic surface: application for immersion lithography // Microfluid Nanofluidics. 2011. V. 10. P. 1351–1357.
  14. Zhou S.-S., Guan Z.-Sh., Pang Y. Fabrication of Polypropylene Super-Hydrophobic Surface Using PTFE-Coated-Sieves Template via Templating and Splitting Process // Polym. Plast. Technol. Eng. 2012. V. 51. Iss. 1. P. 845–848.
  15. Campos R.B.V., Rocha T.D. da., Wysard Jr. M.M., Camargo Jr. S.A. de S. Superhydrophobic and Low Reflectance Carbon Nanotubes Buckypapers // Materials Research. 2022. V. 25. P. e20220136.
  16. He S., Wei J., Wang H. et al. Stable superhydrophobic surface of hierarchical carbon nanotubes on Si micropillar arrays // Nanoscale Res Lett. 2013. V. 8. P. 412.
  17. Eseev M.K., Goshev A.A., Kapustin S.N., Tsykareva Y.V. Creation of Superhydrophobic Coatings Based on MWCNTs Xerogel // Nanomaterials. 2019. V. 9. P. 1584.
  18. Есеев М.К., Капустин С.Н., Лугвищук Д.С., Мордкович В.З., Лях Н.Л. Сверхгидрофобное покрытие из углеродных наночастиц луковичной структуры // Письма в ЖТФ. 2020. № 22. С. 19.
  19. Kapustin S., Zabolotny S., Eseev M., Tsykareva Y. Double-Layer Superhydrophobic Anti-Icing Coating Based on Carbon Nanoparticles // Crystals. 2022. V. 12. Iss. 10. P. 1501.
  20. Макаров Н.А., Трапезникова Е.С. Способы декорирования углеродных наноструктур с целью связывания с керамической матрицей (обзор) // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34. № 5 (228). С. 92–93.
  21. УНТ серии “Таунит” [Text] / ООО “НаноТехЦентр”; режим доступа: http://www.nanotc.ru/producrions/87-cnm-taunit, свободный; дата обращения 2023-05-19.
  22. Mordkovich V.Z., Lugvishchuk D.S., Mitberg E.B. et al. Formation of concentric shell carbon by homogeneous partial oxidation of methane // Chem. Phys. Lett. 2018. V. 713. P. 242–246.
  23. Shilova O.A., Glebova I.B., Voshchikov V.I., Ugolkov V.L., Dolmatov V.Yu., Komarova K.A., Ivanova A.G. Environmentally friendly antifouling transparent coatings based on sol-gel ‘epoxy/titanium tetrabutoxide’ composition modified with detonation nanodiamond // J. of Advanced Materials and Technologies. 2022. V. 7. Iss. 3. P. 201–218.
  24. Rao K.S., El-Hami K., Kodaki T., Matsushige K., Makino K. A novel method for synthesis of silica nanoparticles // J. of Colloid and Interface Science. 2005. V. 289. Iss. 1. P. 125–131.
  25. Demin V.A., Blank V.D., Karaeva A.R. et al. C60 fullerene decoration of carbon nanotubes // J. Exp. Theor. Phys. 2016. V. 123. P. 985–990.
  26. Jiang G., Liu Z., Hu J. Superhydrophobic and Photothermal PVDF/CNTs Durable Composite Coatings for Passive Anti-Icing/Active De-Icing // Adv. Mater. Interfaces. 2022. V. 9. P. 2101704.
  27. Fan J., Long Z., Wu J. et al. Electrothermal superhydrophobic epoxy nanocomposite coating for anti-icing/deicing // J. Coat. Technol. Res. 2023.
  28. Türk S. Characterization of chitosan/polyethylenimine film layer as a novel anti-fog coating surface // J. Appl. Polym. Sci. 2022. V. 139. Iss. 37. P. e52884.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2.

Baixar (1016KB)
3.

Baixar (28KB)
4.

Baixar (50KB)
5.

Baixar (31KB)
6.

Baixar (1MB)
7.

Baixar (1MB)

Declaração de direitos autorais © С.Н. Капустин, М.К. Есеев, Ю.В. Цыкарева, В.И. Вощиков, Д.С. Лугвищук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».