Bioinspired Multifunctional Anti-icing Hydrogel

冰核 结冰 成核 粘附 冰的形成 聚二甲基硅氧烷 聚电解质 化学工程 复合材料 纳米技术 材料科学 聚合物 化学 地质学 气象学 有机化学 物理 工程类 大气科学
作者
Zhiyuan He,Chenyang Wu,Mutian Hua,Shuwang Wu,Dong Wu,Xinyuan Zhu,Jianjun Wang,Ximin He
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:2 (3): 723-734 被引量:185
标识
DOI:10.1016/j.matt.2019.12.017
摘要

The ice formation processes on solid surfaces are complex and diverse, which makes it a daunting challenge to design an icephobic material that is functional under different icing conditions in a complex varying real-life environment. Here, inspired by anti-freeze proteins, a multifunctional anti-icing platform based on polydimethylsiloxane (PDMS)-grafted polyelectrolyte hydrogel is reported, which can simultaneously inhibit ice nucleation, prevent ice growth, and reduce ice adhesion. The properties of interfacial water can be controlled by tuning the synergy of hydrophobicity and ion specificity, in contrast with the conventional wholly hydrophobic bulk systems (e.g., PDMS). This provides us a promising route to integrate various icephobic advantages into one material. The controllability of interfacial water grants the polyelectrolyte hydrogel coating high performance in inhibiting ice nucleation (ice nucleation temperature lower than −30°C), preventing ice propagation (ice propagation rate lower than 0.002 cm2/s), and reducing ice adhesion (ice adhesion strength lower than 20 kPa).
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