Frozen FIB-SEM tiết lộ thiệt hại PDMS Anti-Ice Coating Hình dạng giao diện liên quan đến độ bám dính của băng

Bối cảnh nghiên cứu&câu hỏi

Chất đàn hồi silicon được coi là vật liệu phủ chống đóng băng đầy hứa hẹn do độ bền bám dính băng thấp hơn, nhưng nó có kết cấu mềm và độ bền của bề mặt chống đóng băng sau khi mài mòn hoặc cắt đã gây tranh cãi. Các nghiên cứu trước đây về ảnh hưởng của tổn thương bề mặt đối với độ bám dính của băng là không nhất quán, với cả báo cáo về sự gia tăng độ bám dính của băng và quan sát về sự suy yếu. Để giải thích mâu thuẫn này ở cấp độ hình dạng giao diện, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính quét chùm ion tập trung đông lạnh (cryo-FIB-SEM) để chụp ảnh trực tiếp giao diện tiếp xúc của bề mặt polydimethylsiloxan (PDMS) bị hư hỏng với các giọt băng.

Phương pháp thực nghiệm và phát hiện quan trọng

Trong nghiên cứu, bề mặt PDMS bị tổn thương bằng cách cắt và mài mòn. Sau khi nghiền và chụp ảnh giao diện băng-PDMS bằng FIB, lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã quan sát cả hai trạng thái, khu vực tiếp xúc thực tế cao và khu vực tiếp xúc thực tế thấp, tùy thuộc vào hình dạng của cơ thể thô trên bề mặt mài mòn. Trong các mẫu bị thương do cắt, nghiên cứu cũng thu được bằng chứng trực tiếp về mức độ băng thấm vào bên trong vết cắt. Hình dạng tiếp xúc giao diện tương tự như hai trạng thái ướt Cassie-Baxter và Wenzel, có liên quan đến xu hướng thay đổi cường độ bám dính của băng. Mặc dù nghiên cứu tập trung vào lớp phủ chống đóng băng silicone elastomer, cơ chế tiếp xúc giao diện được tiết lộ của nó có giá trị tham khảo trong lĩnh vực lốp xe và cao su. Trong thiết kế công thức lốp xe, than trắng đen và các chất bổ sung khác ảnh hưởng gián tiếp đến trạng thái tiếp xúc của bề mặt với vật liệu bên ngoài bằng cách điều chỉnh độ nhám vi mô và tính chất cơ học của bề mặt cao su. Chất chống lão hóa và chất chống oxy hóa liên quan đến sự lão hóa bề mặt và sự tiến hóa của cao su trong việc sử dụng lâu dài, do đó làm thay đổi diện tích tiếp xúc thực tế. Hệ thống lưu hóa xác định mật độ liên kết chéo và độ cứng mềm của chất đàn hồi, cũng ảnh hưởng đến hành vi xâm nhập giao diện sau khi bị thương. Nghiên cứu gợi ý rằng khi đánh giá độ bền của lớp phủ chức năng bề mặt hoặc vật liệu cơ thể của các sản phẩm cao su, hình dạng thiệt hại và trạng thái tiếp xúc giao diện cần được xem xét, thay vì chỉ tập trung vào hiệu suất ban đầu. Đối với lĩnh vực tân trang và tái chế lốp xe, hành vi giao diện sau khi tổn thương bề mặt cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất liên kết và sử dụng keo tân trang. Trong tương lai, các phương pháp mô tả giống như cryo-FIB-SEM có thể được mở rộng để nghiên cứu giao diện bề mặt cao su lốp với các phương tiện như băng, nước và dầu, cung cấp cơ sở vi mô trực tiếp hơn để tối ưu hóa công thức và dự đoán tuổi thọ.

Nguồn:Ice‐Droplet and Damaged Elastomer Interfaces: A Closer Look at Contact and Morphology of Anti‐Icing Coatings Using Cryo‐FIB‐SEM， Do Hợp Nhuận hóa chất chỉnh lý.