Замороженный FIB - SEM выявил связь между повреждением поверхности противообледенительного покрытия PDMS и прочностью адгезии льда

Предыстория исследования и вопросы

Силиконовые эластомеры рассматриваются как перспективные материалы для антиобледенительного покрытия из – за их низкой прочности на адгезию льда, но их текстура мягкая, а стойкость противообледенительных свойств поверхности после износа или резки всегда оспаривалась. Предыдущие исследования о влиянии поверхностных повреждений на адгезию льда были непоследовательными, как с сообщениями об усилении адгезии льда, так и с наблюдениями за ослаблением. Чтобы объяснить это противоречие с точки зрения морфологии интерфейса, команда использовала крио – FIB – SEM (криогенное сфокусированное ионное сканирующее зеркало) для непосредственного визуализации контактного интерфейса между поврежденной поверхностью полидиметилсилоксана (PDMS) и ледяными каплями.

Экспериментальный метод и ключевое открытие

В исследовании поверхность PDMS была повреждена как резкой, так и абразией. После фрезерования и визуализации интерфейса Ice – PDMS с помощью FIB исследователи впервые наблюдали два состояния: высокую фактическую площадь контакта и низкую фактическую площадь контакта, в зависимости от формы грубого тела на абразивной поверхности. В образцах с повреждениями от резки исследование также получило прямые доказательства степени проникновения льда внутрь разреза. Контактный внешний вид интерфейса можно сравнить с двумя увлажняющими состояниями Cassie – Baxter и Wenzel, которые связаны с тенденцией изменения прочности адгезии льда.

Откровения для полимерных добавок и резиновой промышленности

Несмотря на то, что исследование фокусируется на силиконовых эластомерных антиобледенительных покрытиях, механизм контакта интерфейса, который он раскрывает, имеет справочную ценность в области шин и каучука. При проектировании формулы шины добавочный наполнитель, такой как белый уголь, косвенно влияет на состояние контакта поверхности с внешним веществом, регулируя микрошероховатость и механические свойства резиновой поверхности. Антивозрастные и антиоксиданты связаны со старением поверхности и эволюцией повреждений каучука в долгосрочном использовании, что, в свою очередь, изменяет фактическую площадь контакта. Система вулканизации определяет плотность скрещивания и мягкую твердость эластомера, что также влияет на поведение проникновения интерфейса после повреждения. Исследование предполагает, что при оценке долговечности поверхностного функционального покрытия или материала корпуса резиновых изделий необходимо учитывать форму повреждения и состояние контакта интерфейса, а не только первоначальные характеристики. В области восстановления и утилизации шин поведение интерфейса после повреждения поверхности также может влиять на адгезионные и эксплуатационные характеристики восстановленного клея. В будущем методы представления, подобные Cryo – FIB – SEM, могут быть расширены до изучения интерфейса резиновой поверхности шины со льдом, водой, маслом и другими средами, обеспечивая более прямую микрооснову для оптимизации формулы и прогнозирования срока службы.

Источник: Ice‐Droplet and Damaged Elastomer Interfaces: A Closer Look at Contact and Morphology of Anti‐Icing Coatings Using Cryo‐FIB‐SEM， Обработано химикатами Herun.