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Icephobic coatings beyond boundaries: Layered integration of phase change materials beneath a PEG-PDMS copolymer–containing coating to enhance anti-icing performance

Shamshiri Mohammadreza, Momen Gelareh et Jafari Reza. (2024). Icephobic coatings beyond boundaries: Layered integration of phase change materials beneath a PEG-PDMS copolymer–containing coating to enhance anti-icing performance. Progress in Organic Coatings, 189, e108324.

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URL officielle: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108324

Résumé

To enhance the anti-icing capabilities of aqueous self-lubricating coatings, we harnessed the synergistic potential of multiple icephobic methods. We adopted a layer-by-layer technique to maximize the icephobicity of a surface using phase change materials (PCMs). We used solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy to confirm the presence of a quasi-liquid layer on a coating containing a PEG-PDMS copolymer. NMR spectra of this coating showed non-frozen water retained at the interface, even at subzero temperatures. Differential scanning calorimetry demonstrated that the quasi-liquid layer delayed ice nucleation because of its viscosity. Placing a PCM-containing layer beneath the aqueous self-lubricating coating reduced ice nucleation temperature and extended the complete freezing time of droplets. These enhanced icephobic properties occurred because of the latent heat release by PCMs, which extends the preservation of the liquid-like layer over a longer period. The PCM-containing layer also heightened the self-lubricating properties of the overlying PEG-PDMS-containing coating, further reducing ice adhesion and accumulation. Ice adhesion strength varied minimally among most concentrations of PCM in the underlying layer after repeated icing/de-icing cycles; however, the 50 % PCM sample showed lower durability, reflecting an adverse effect of high PCM concentrations on the mechanical strength of the coating. Employing a hybrid approach provides a new avenue for fabricating icephobic coatings. This methodology can potentially overcome constraints associated with individual anti-icing techniques to produce durable coatings with an improved icephobic performance.

Type de document:Article publié dans une revue avec comité d'évaluation
ISSN:03009440
Volume:189
Pages:e108324
Version évaluée par les pairs:Oui
Date:Avril 2024
Nombre de pages:1
Identifiant unique:10.1016/j.porgcoat.2024.108324
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Sciences naturelles et génie > Sciences appliquées
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Module d'ingénierie
Unités de recherche > Centre international de recherche sur le givrage atmosphérique et l’ingénierie des réseaux électriques (CENGIVRE) > Laboratoire des revêtements glaciophobes et ingénierie des surfaces (LaRGIS)
Mots-clés:ice adhesion, layer-by-layer technique, phase change materials (PCMs), quasi-liquid layer, smart icephobic coatings, solid-state NMR spectroscopy, synergistic effect, adhésion de glace, technique couche par couche, matériaux à changement de phase (PCM), couche quasi-liquide, revêtements glacephobes intelligents, spectroscopie RMN du solide, effet synergique
Déposé le:15 avr. 2024 15:23
Dernière modification:15 avr. 2024 15:23
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