Simulation-guided construction of solar thermal coating with enhanced light absorption capacity for effective icephobicity

光热治疗 材料科学 时域有限差分法 涂层 图层(电子) 吸收(声学) 热的 复合材料 光电子学 复合数 光学 纳米技术 气象学 物理
作者
Meng Wang,Tinghan Yang,Guoliang Cao,Xin Wang,Zishuai Jiang,Chengyu Wang,Yan Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:408: 127316-127316 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.127316
摘要

A finite difference time domain (FDTD) simulation was adopted to initially illuminate a neglected phenomenon that SiO2 nanospheres in superhydrophobic layer could enhance the light absorption capacity of the layer itself, and of the contiguous photothermal semiconductor simultaneously. Guided by this simulation, a solar thermal coating (STC) composed of superhydrophobic SiO2 nanospheres and CuFeMnO4/PDMS was assembled to achieve highly efficient icephobicity. The accurate tests illustrated the temperature rise originated from the semiconductor layer by photothermal effect and superhydrophobic layer by self-heating effect, which was consistent with the simulation results. Depending on the high photothermal conversion efficiency, the freezing temperature of droplets on STC dropped to −35 °C, the ice adhesion strength decreased from 78.5 kPa to 12.1 kPa and an ice layer was removed within 99 s under the light illumination. Furthermore, STC could be further adopted in a cold natural environment, and deicing in 12 min. The simulation-guided construction of STC provides a new design strategy for icephobic coatings and new insights on energy management analysis in superhydrophobic photothermal composite coating.
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