Ansatz für die Entwicklung mehrschichtiger Vereisungsschutzsysteme
Forscher haben eine skalierbare, hocheffiziente mehrschichtige Anti-Icing-/Enteisungsbeschichtung vorgestellt: Eine superhydrophobe Oberschicht steigert die Leistung eines elektrothermischen Systems.
Die Bildung und Ansammlung von Eis kann leicht zu ernsthaften Sicherheitsproblemen und Schäden führen. Eine superhydrophobe Oberfläche kann die Eisbildung aufgrund ihrer flüssigkeitsabweisenden Eigenschaft verzögern, funktioniert aber bei extrem kalten Temperaturen nicht sehr gut. Eine elektrothermische Beschichtung kann die Eisbildung wirksam verhindern, ist aber sehr energieaufwändig. Nun wurde ein mehrschichtiges System entwickelt, das eine elektrothermische Schicht (ET) mit einer energiesparenden superhydrophoben Schicht (SH) (SH@ET-System) kombiniert, um die Energieeffizienz von Anti-Icing/Enteisungsbeschichtungen zu verbessern. Eine programmierbare automatische Sprühmaschine wurde verwendet, um die elektrothermische Beschichtung auf Basis von Nanoplättchen aus Graphen (GNP) mit kontrollierbarem elektrischem Widerstand und ausgezeichneter elektrothermischer Leistung herzustellen.
Großflächige Anwendungen
Nach dem Aufsprühen der SH-Schicht zeigte die SH@ET-Beschichtung eine ausgezeichnete wasserabweisende Wirkung, eine hervorragende Leistung gegen Vereisung und eine extrem niedrige Eishaftungsstärke (15 kPa). Während des Vereisungsschutztests kam es selbst bei geringer Leistung (0,5 W) bei -19 °C für 20 Minuten zu keiner Eisbildung auf der Oberfläche des montierten SH@ET-Systems, was seine praktischen Anwendungsmöglichkeiten bestätigt. Das SH@ET-System zeigte im Vergleich zur ET-Beschichtung auch eine bessere Enteisungsleistung. Ein deutlicher Unterschied zeigte sich bei einer niedrigen angelegten Spannung, bei der sich auf der Oberfläche der ET-Beschichtung kontinuierlich Eis bildete, während sich auf der SH-Schicht kein Eis bildete. Die Ergebnisse lassen sich auf die bessere wasserabweisende Wirkung und die geringere Eisadhäsionskraft der SH-Schicht zurückführen. Den Forschern zufolge bietet ihre Arbeit einen praktikablen Ansatz für die Entwicklung mehrschichtiger Anti-/Enteisungssysteme für praktische großflächige Anwendungen.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Band 168, Juli 2022, veröffentlicht.