Может ли простое прекратить налипание льда на бетон?
Лед – это враг инфраструктуры: дороги, железнодорожные пути и пешеходные дорожки могут стать абсолютно бесполезными в разгар зимы. Различные противообледенительные покрытия широко используются в автомобильной, морской и авиационной промышленности, но почти во всех случаях эти покрытия наносятся на относительно гладкие твердые поверхности (например, металлы, стекло и керамику). Вследствие иерархической пористости и высокой шероховатости бетон представляет гораздо более сложную задачу для разработчиков покрытий. Лед образуется и по-другому прилипает к бетону, чем к металлам, что затрудняет удаление уже после его образования. А повторные заморозки могут привести к растрескиванию бетона, на восстановление которого уходят миллионы долларов из городского бюджета в год.
Это побудило все большее число исследовательских групп исследовать «льдофобные» поверхности – прочные покрытия, которые можно наносить непосредственно на материалы, подобные бетону, чтобы уменьшить адгезию льда. Совсем недавно команда ученых, изучающих полимеры, из Университета Дунхуа в Шанхае сообщила об их новейшей разработке – двухступенчатом процессе распыления, который работает на стандартных бетонных плитах.
Сначала они проанализировали гидрофобные и льдофобные свойства нетронутых образцов бетона. Было обнаружено, что угол контакта изменяется со временем – уменьшается с 57,5° до 18° за 14 минут. Это результат проникновения воды в бетонную структуру через открытые поры на поверхности. Бетонные плитки с покрытием были приготовлены путем распыления разбавленной фторсодержащей смолы непосредственно на поверхность, что послужило в качестве адгезивного слоя. Супергидрофобное покрытие группы учёных состояло из наночастиц фторосилан-функционализированного диоксида кремния (F-SiO2), пребывающих во взвешенном состоянии в изопропаноле. Три таких слоя – размером в несколько сотен нанометров – были распылены сверху. РЭМ-визуализация (растровым электронным микроскопом) показала структурные изменения, которые произошли в бетоне, а образцы с покрытием также показали постоянный угол контакта в 165,5°, что обеспечило их супергидрофобностью.
Капли холодной воды на обоих образцах также вели себя по-разному: быстро растекаясь по нетронутому бетону и образуя сферические капли на покрытом образце бетона. Это наблюдение отразилось на измеренной прочности адгезии льда – было обнаружено, что в покрытом бетоне показатель в десять раз меньше, чем на бетоне без покрытия. Оба образца прошли тридцать циклов обледенения-антиобледенения, при этом покрытый бетон превзошёл бетон без покрытия во всех случаях. Однако помимо этого супергидрофобные покрытия показали признаки структурного повреждения, снижая его производительность. С практической точки зрения это означает, что покрытие необходимо будет регулярно наносить повторно.
