Appl. Therm. Eng.：親水性尼龍6納米纖維膜涂覆表面的結霜和除霜研究

DOI:10.1016/j.applthermaleng.2020.116300

表面結冰很有可能會造成災難性后果或巨大的經濟損失。具有極強防水性的超疏水表面被廣泛用于除冰，然而該表面復雜微/納米結構的制備阻礙了其實際應用。在這項工作中，研究者提出使用親水性尼龍6納米纖維膜涂層來增強除冰效果。通過靜電紡絲工藝可以輕松地制備出尼龍6納米纖維膜。鑒于膜上大量的冰成核位置提供了豐富的扭折位點，在除冰過程中，膜涂覆表面上形成的冰層可以很快地被去除。與無涂層的表面相比，冰完全消散所需的總時間減少了80％。尼龍6納米纖維膜的較強除冰能力表明其具有廣闊的實際應用前景。

圖1.（a）TefN-0.5，（b）TefN-3，（c）TefN-7.6，（d）TefN-10和（e）TefN-13表面俯視圖的SEM圖像。（f-j）（a-e）相應表面側視圖的SEM圖像。（f-j）中的插圖是在各個表面上測得的平衡接觸角。

圖2.ESEM中結霜過程的動力學。（a）Tef，（b）TefN-0.5，（c）TefN-3，（d）TefN-7.6，（e）TefN-10和（f）TefN-13表面上結霜過程的選定快照。重力向下，（a-f）中的比例尺為200μm。（g）水蒸氣分子與尼龍6之間的氫鍵。（h）ESEM圖像顯示纖維纏結處冰成核的放大圖。水分子被納米纖維吸收。飽和后，冰胚結晶并在纖維纏結處生長。比例尺為10μm。（i）所研究表面的冰NSD（實心條）和纖維覆蓋率（虛線）的定量分析。（j）研究表面上冰覆蓋率隨時間的變化。每條曲線上第一個符號與0s的水平距離代表相應表面的延遲時間。

圖3.所研究表面上的冰形態。（a）Cassie冰是由層層堆疊結構產生的。（b）在無膜涂層的表面和含薄膜涂層的表面上形成Wenzel冰。（c）表面上的冰形態：Tef和TefN-0.5表面上的Wenzel冰，TefN-3、Tef-7.6、TefN-10和TefN-13表面上的Cassie冰。

圖4.各種表面上除霜過程的動力學。（a）Tef，（b）TefN-0.5，（c）TefN-3，（d）TefN-7.6，（e）TefN-10和（f）TefN-13表面上除霜過程的選定快照。重力向下，（a-f）中的比例尺為200μm。（g）紅色虛線表示冰晶的晶界。由于存在作為除霜扭折位點的缺陷，在除霜過程中，除冰總是從冰粒邊界開始。（h）冰粒邊界提供扭折位點。（i）所研究表面的除霜時間和γ（虛線）。（j）所研究表面的冰覆蓋率隨時間的變化；最后的數據點代表所研究表面的除霜時間。