隐蔽效果、冲洗性能与抗结冰性能：氟化润滑剂与硅基润滑剂的对比研究

《Surfaces and Interfaces》：Cloaking, Wash-Out, and Anti-Icing: Contrasting SLIPS with Fluorinated and Silicone Lubricants

SLIPS表面润滑剂长期稳定性与抗冰性能研究显示，氟化液Krytox因优异化学惰性和热物理性质，在持续水流和低温下表现更优，表面能降低且抗冻融性能显著优于硅油Sil100。

　　

蒂莫费·V·戈卢比琴科（Timofei V. Golubitchenko）| 亚历山大·M·埃梅利亚宁科（Alexandre M. Emelyanenko）| 卢德米拉·B·博伊诺维奇（Ludmila B. Boinovich）

俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所，莫斯科119071

摘要

由于具有液滴排斥性，含有润滑剂的多孔表面（SLIPSs）在许多技术领域具有广泛应用，但其长期性能往往受到润滑剂消耗的限制。润滑剂的化学和热物理性质是决定SLIPSs耐用性的关键因素，但目前对这些因素的理解还不够充分。本研究对比分析了氟化润滑剂（Krytox）和硅油（Sil100），以探讨它们对SLIPSs稳定性和抗结冰性能的影响。我们测量了这两种润滑剂在-20°C至+30°C温度范围内的关键性能指标（如粘度和表面张力），并研究了它们在连续水流作用下的保持能力。结果表明，基于Krytox的SLIPSs表现出更优异的稳定性，涂层脱落现象更少，抗冲刷能力更强（表现为滑动角度升高较小）。相比之下，Sil100消耗较快，在水滴表面形成吸附层，导致润湿性能下降。虽然两种润滑剂都具备抗结冰性能，但更稳定的Krytox润滑层能确保更可靠的长期性能，并延长水滴的冻结延迟时间。此外，基底材料（超疏水表面）仅发生轻微降解。本研究表明，润滑剂的选择至关重要；Krytox的化学惰性和良好的热物理特性使其成为水环境中耐用SLIPSs应用的理想选择。

章节摘录

引言

近年来，超疏水材料和涂层在众多行业中得到了广泛应用，推动了新技术的开发。虽然这些涂层具有诸多优势，但在某些应用中，通过添加润滑剂可以进一步提升其功能性和性能。这种浸渍了润滑剂的高性能超疏水涂层通常被称为“Slippery”涂层。

化学物质与试剂

用于制备超疏水涂层的样品来自3毫米厚的铝镁合金（AlMg2）平板。作为降低表面能的疏水剂，我们使用了甲氧基-{3-[(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五氟辛基)-氧]-丙基}-硅烷（以下简称氟氧硅烷）[22]。研究中使用了两种化学结构和性质不同的润滑剂来制备SLIPSs。

润滑剂性质的温变性

润滑剂在多变大气条件下的效果很大程度上取决于其自身的热物理性质。这一特性对于需要在零下温度及反复冻融循环中保持稳定性的抗结冰应用尤为重要。为此，我们研究了所使用润滑剂的关键性质（密度、表面张力和粘度）的温变性。

局限性与展望

尽管本研究系统地比较了两种最常用且化学性质不同的润滑剂（氟化润滑剂Krytox和硅油Sil100）在SLIPSs稳定性和抗结冰行为方面的表现，但仍存在一些局限性，为未来的研究指明了方向。

润滑剂多样性：本研究选取了两种化学性质不同的润滑剂作为代表，以涵盖这两大类润滑剂。

结论

本研究对比分析了两种常用的润滑剂——氟化润滑剂Krytox 1506和硅油Sil100在含有润滑剂的多孔表面（SLIPSs）中的应用效果，重点关注了它们的热物理性质、在水流作用下的稳定性以及抗结冰性能。研究发现，润滑剂的化学性质对其性能和耐用性具有决定性影响。主要结论如下：

热物理性质：

资金来源

本研究得到了俄罗斯联邦科学与高等教育部提供的资助。

作者贡献声明

蒂莫费·V·戈卢比琴科（Timofei V. Golubitchenko）：负责撰写初稿、数据可视化、结果验证、方法设计、实验实施及数据分析。

亚历山大·M·埃梅利亚宁科（Alexandre M. Emelyanenko）：负责审稿与编辑、数据可视化、结果验证、软件使用、资源协调、项目管理及方法设计。

卢德米拉·B·博伊诺维奇（Ludmila B. Boinovich）：负责审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、实验监督、方法设计及资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。