แช่แข็ง FIB-SEM เผยความเสียหาย PDMS ป้องกันน้ำแข็งเคลือบอินเตอร์เฟซสัณฐานวิทยาที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแรงการยึดเกาะน้ำแข็ง

พื้นหลังการวิจัยและปัญหา

ซิลิโคนอีลาสโตเมอร์ถูกมองว่าเป็นวัสดุเคลือบน้ำแข็งที่มีแนวโน้มเนื่องจากมีความแข็งแรงในการยึดเกาะน้ำแข็งต่ำ แต่มีเนื้อนุ่มและความคงทนของพื้นผิวในการป้องกันน้ำแข็งหลังจากการสึกหรอหรือการตัด ผลการวิจัยก่อนหน้านี้เกี่ยวกับผลกระทบของความเสียหายต่อพื้นผิวต่อการยึดเกาะของน้ําแข็งไม่สอดคล้องกัน มีทั้งรายงานการเพิ่มการยึดเกาะของน้ําแข็งและการสังเกตการลดลง เพื่ออธิบายความขัดแย้งนี้จากระดับทางสัณฐานวิทยาของอินเทอร์เฟซทีมวิจัยได้ใช้เลนส์สแกนลำแสงไอออนที่เน้นการแช่แข็ง (cryo-FIB-SEM) เพื่อถ่ายภาพส่วนติดต่อโดยตรงของพื้นผิว polydimethylsiloxane (PDMS) ที่เสียหายกับหยดน้ําแข็ง

วิธีการทดลองและการค้นพบที่สำคัญ

ในการศึกษาพื้นผิว PDMS ได้รับความเสียหายสองวิธีโดยการตัดและการกัดกร่อน หลังจากการกัดและถ่ายภาพอินเทอร์เฟซ ICE-PDMS โดยใช้ FIB นักวิจัยได้สังเกตเห็นสองสถานะพร้อมกันในพื้นที่สัมผัสจริงสูงและพื้นที่สัมผัสจริงต่ำเป็นครั้งแรกขึ้นอยู่กับรูปร่างของพื้นผิวที่ขรุขระ ในตัวอย่างของการบาดเจ็บจากการตัด การวิจัยยังได้รับหลักฐานโดยตรงของระดับการแทรกซึมภายในของน้ําแข็งไปยังแผล ลักษณะทางสัณฐานวิทยาการติดต่อแบบอินเทอร์เฟซสามารถเปรียบเทียบได้กับสองสถานะเปียกของ Cassie Baxter และ Wenzel ลักษณะทางสัณฐานวิทยาเหล่านี้เชื่อมโยงกับแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงในการยึดเกาะของน้ำแข็ง

การเปิดเผยของสารช่วยโพลิเมอร์และอุตสาหกรรมยาง

แม้ว่าการศึกษาจะมุ่งเน้นไปที่การเคลือบซิลิโคนอีลาสโตเมอร์เพื่อป้องกันน้ำแข็ง แต่กลไกการสัมผัสที่เปิดเผยนั้นมีค่าอ้างอิงสำหรับยางและยาง ในการออกแบบสูตรยางคาร์บอนสีขาวสีดำและฟิลเลอร์เสริมอื่น ๆ มีอิทธิพลทางอ้อมต่อสถานะการสัมผัสของพื้นผิวและสารภายนอกโดยการปรับความหยาบจุลภาคและสมบัติเชิงกลของพื้นผิวยาง สารต้านอนุมูลอิสระและสารต้านอนุมูลอิสระเกี่ยวข้องกับความชราของพื้นผิวและวิวัฒนาการของความเสียหายของยางในการใช้งานระยะยาวซึ่งจะเปลี่ยนพื้นที่สัมผัสจริง ระบบวัลคาไนซ์กำหนดความหนาแน่นของการเชื่อมขวางและความแข็งที่อ่อนนุ่มของอีลาสโตเมอร์ซึ่งมีผลต่อพฤติกรรมการแทรกซึมของอินเทอร์เฟซหลังจากได้รับความเสียหาย การวิจัยนี้เตือนว่าเมื่อประเมินความทนทานของการเคลือบพื้นผิวหรือวัสดุตัวถังของผลิตภัณฑ์ยาง จําเป็นต้องพิจารณารูปลักษณ์ของความเสียหายและสถานะการสัมผัสของอินเทอร์เฟซแทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ประสิทธิภาพเริ่มต้นเท่านั้น สำหรับพื้นที่ปรับปรุงยางรถยนต์และรีไซเคิล พฤติกรรมของอินเทอร์เฟซหลังจากความเสียหายของพื้นผิวอาจส่งผลกระทบต่อการยึดเกาะและการใช้งานของกาวที่ปรับปรุงใหม่ ในอนาคตวิธีการลักษณะคล้ายกับ cryo-FIB-SEM หรือการศึกษาอินเตอร์เฟซที่สามารถขยายไปยังพื้นผิวยางของยางกับสื่อต่างๆเช่นน้ำแข็งน้ำน้ำมันและอื่น ๆ ให้พื้นฐานจุลภาคโดยตรงมากขึ้นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสูตรและการคาดการณ์อายุการใช้งาน

แหล่งข้อมูล: Ice‐Droplet and Damaged Elastomer Interfaces: A Closer Look at Contact and Morphology of Anti‐Icing Coatings Using Cryo‐FIB‐SEM， เสร็จสิ้นโดย Herun เคมี