Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Slippery liquid-infused porous surface (SLIPS) based on Nepenthes pitcher plant has attracted increasing interest in many applications, particularly for mitigating icing hazard. Aside from exhibiting a water repellency, such surfaces have low contact angle hysteresis of <2.5° and low tilt angle of <5°. Nonetheless, SLIPS still suffer from challenges related to the oil depletion that reduces their service life. Herein, two different approaches, namely, microtexturing and the use of oil absorbent, are presented to effectively produce the slippery surfaces for the enhanced durability of engineered lubricant-infused materials. In the first approach, the replication method was employed to produce liquid-infused textured surfaces (LITS) through the chemical etching technique. Analysis such as lubricant depletion/recovery, confirmed that the presence of microtextures and lubricant viscosity can have significant roles in controlling the oil migration rate. Furthermore, merging microtexturing and slipperiness in LITS can enhance the icephobic performance. Such surface demonstrated an ice adhesion strength of less than 20 kPa, which is four orders of magnitude lower than the pristine surface. Furthermore, LITS can offer more long-lasting icephobic properties compared with pristine surface lacking microtextures. For the second strategy, the lubricant-loaded carriers were used to prohibit the rapid oil consumption, thus prolonging the life service of the prepared coatings. Accordingly, the negative pressure was applied to promote the incorporation of the lubricant within carrier pores and increase the carrier loading capacity. For this purpose, the thermogravimetric analysis (TGA), and the BET (Brunauer, Emmett and Teller) method have been used to evaluate the lubricant infusion quantitively. High oil content (around 50 wt. %) has been commonly used to enhance icephobic performance, but the presence of excessive amount of lubricant within the matrix can result in decreased mechanical characteristics of the prepared surfaces. The combination of different anti-icing mechanisms, such as stress localization, slipperiness, and the formation of nonfrozen molecules can be helpful to obtain desirable icephobic properties at low oil contents. These mechanisms were achieved using blended matrix, infused lubricant, and hydroxyl-terminated lubricant. The slippery coating was developed by impregnating hydroxyl-terminated-lubricant-loaded carriers into a blend of polydimethylsiloxane (PDMS) and alkoxy-siloxane resin. The prepared coating showed desirable anti-icing and de-icing properties and long-lasting stability against UV exposure and humidity. The icephobic characteristics of the coating can be attributed from its slipperiness and formation of unfrozen molecules. The electrical properties of the coating were evaluated using a comprehensive set of methods, including dielectric spectroscopy, flashover, condensation, and inclined plane tests. In comparison with the reference sample, the coating containing lubricant-loaded carriers exhibited lower dielectric permittivity and loss factor. Moreover, the coating reduced the leakage current under high humidity. The lubricant-loaded-carrier-containing coating also heightened the flashover voltage in different conditions. The results confirmed that the coating containing lubricant-loaded carriers could be considered as a potential candidate for applying on high-voltage insulators.

La surface poreuse glissante infusée de liquide (SPGIL), inspiré de la plante sarracénie, suscite un intérêt croissant dans de nombreuses applications, notamment pour les dangers associés à la formation de la glace. Outre la démonstration de leur potentiel hydrophobe, ces surfaces possèdent une faible hystérésis d'angle de contact inférieure à 2.5° et un faible angle d'inclinaison inférieur à 5°. Toutefois, les (SPGIL), sont confrontées à des défis liés au lessivage de l'huile qui réduit leur durée de vie. Ici, deux approches distinctes, notamment la micro-texturation et l'utilisation d'absorbants d'huile, sont présentées dans l’optique de produire efficacement des surfaces glissantes pour améliorer la durabilité de ces matériaux imprégnés de lubrifiant. Dans la première approche, la méthode de réplication a été employée pour produire des surfaces texturées imprégnées de liquide (STIL) par le biais de la technique de gravure chimique. Des analyses, comme la déplétion/récupération du lubrifiant, ont confirmé que la présence de micro-textures couplée à la viscosité du lubrifiant peuvent jouer un rôle significatif dans la régulation du taux de migration de l'huile. De plus, la combinaison de la micro-texturation et de la glissance dans les STIL peut améliorer de manière considérable les performances glaciophobes. En effet, une telle surface a démontré une contrainte d'adhérence de la glace inférieure à 20 kPa, ce qui représente quatre ordres de grandeur de moins que celle de la surface d'origine non traitée dépourvue de micro-textures. En plus, leur glaciophobicité a été montrée plus stable au fil du temps comparée à la surface d'origine dépourvue de micro-textures. Pour la deuxième stratégie, des porteurs chargés de lubrifiant ont été utilisés pour empêcher la consommation rapide d'huile, prolongeant ainsi la durée de vie des revêtements préparés. En conséquence, une pression négative a été appliquée pour favoriser l'incorporation du lubrifiant dans les pores des porteurs et augmenter ainsi sa capacité de charge. Afin, d’évaluer quantitativement l'infusion de lubrifiant, une analyse thermogravimétrique (TGA) et la méthode BET (Brunauer, Emmett et Teller) ont été utilisées. Habituellement, un taux élevé de lubrifiant (avoisinant 50 % m/m) est couramment utilisé pour améliorer les performances glaciophobes. Cependant, la présence d'une quantité excessive de lubrifiant dans la matrice peut entraîner une diminution des caractéristiques mécaniques des surfaces préparées. La combinaison de différents mécanismes anti-givres, comme la localisation de contrainte, la glissance et la formation de molécules non gelées, peut être bénéfique pour l’obtention des propriétés glaciophobes désirables à partir de faibles concentrations de lubrifiant. Ces mécanismes ont été obtenus en utilisant une matrice faite d’un mélange de résines, un lubrifiant infusé et un lubrifiant hydroxyl-terminé. Le revêtement glissant résultant a été développé en imprégnant des supports chargés de lubrifiant hydroxyle-terminé dans un mélange de résines polydiméthylsiloxane (PDMS) et d'alkoxy-siloxane. Le revêtement préparé a montré des capacités d’anti-givrage et de dégivrage intéressantes, ainsi qu'une bonne résistance à l'exposition aux UVs et à l'humidité. Les caractéristiques glaciophobes du revêtement peuvent être attribuées à sa glissance et à la formation de molécules non gelées. Les propriétés électriques du revêtement ont été évaluées à l'aide d'un ensemble complet de méthodes, notamment la spectroscopie diélectrique, les tests de contournement, de condensation et de plan incliné. En comparaison avec l'échantillon de référence, le revêtement contenant des porteurs chargés de lubrifiant a montré une permittivité diélectrique et un facteur de perte plus faibles. De plus, une réduction du courant de fuite, dans le cas d'humidité élevée, a été observée avec le revêtement développé. Ce dernier a également montré une augmentation de la tension d'éclatement dans différentes conditions. En somme, les résultats ont confirmé que la solution de revêtement développée contenant des supports chargés de lubrifiant pourrait être considérée comme un candidat potentiel pour une application glaciophobe sur des isolateurs à haute tension.