一种基于高性能碳纳米材料的新型电热防/除冰法！

摘要：由于碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料被广泛应用于飞机的主要结构，因此迫切需要更适合 CFPR 的新型防/除冰技术。本文，中国民航大学Yifan Niu、Jiawei Yao等研究人员在《COMPOS COMMUN》期刊发表名为“Flexible hybri

1成果简介

由于碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料被广泛应用于飞机的主要结构，因此迫切需要更适合 CFPR 的新型防/除冰技术。本文，中国民航大学Yifan Niu、Jiawei Yao等研究人员在《COMPOS COMMUN》期刊发表名为“Flexible hybrid nanomaterial film with the electro-thermal and reliability properties for active anti/de-icing application in static and dynamic icing environment”的论文，研究制备了高性能混合碳基（碳纳米管（MWCNTs）和还原氧化石墨烯（rGO））加热膜，并广泛研究了加热膜和插入复合材料在静态和动态结冰环境下的电热性能和可靠性能。与纯的 MWCNT 薄膜相比，比例为1/3的rGO/MWCNT混合薄膜具有更好的电热性能、更高的可靠性和更高的能效。在动态结冰环境中，平衡温度显著降低。由 rGO/MWCNT_1/3 薄膜插入的复合材料在动态环境中具有 4 V 抗冰和 7 V 除冰的能力。

2图文导读

图1. (a) 不同电压下 MWCNT 薄膜的温度-时间曲线。(b) 不同电压下 rGO/MWCNT_1/3 薄膜的温度-时间曲线。(c) 不同电压下平衡温度随含量比的变化。(d) 不同电压下加热速率随含量比的变化。(e) 4伏特电压下MWCNT 薄膜的温度分布。

图2. (a) MWCNT 薄膜的导电机理示意图和扫描电镜图片。(b) rGO/MWCNT 薄膜的导电机理示意图和扫描电镜图片。

图3. (a) Heating rate and equilibrium temperature of MWCNT and rGO/MWCNT composites under various voltage. (b) De-icing time of MWCNT and rGO/MWCNT composites under various voltage. (c) Temperature-time curves of MWCNT composites during 100 heating-cooling cycles. (d) Temperature-time curves of rGO/MWCNT composites during 100 heating-cooling cycles. (e) Change of de-icing versus icing/de-icing cycles. (f) Flexural properties of MWCNT and rGO/MWCNT composites after 100 icing/de-icing cycles.

图4. (a) Temperature-time curves of MWCNT composite with different voltage under dynamic icing environment. (b) Temperature-time curves of rGO/MWCNT composite with different voltage under dynamic icing environment. (c) Change of correctional anti-icing quantity versus voltage of MWCNT and rGO/MWCNT composites (d) Change of de-icing proportion versus voltage of MWCNT and rGO/MWCNT composites.

3小结

本研究以高性能碳纳米材料为基础，提供了一种更适用于树脂基复合材料的新型电热防/除冰策略。与纯的MWCNT薄膜相比，含量比为1/3的 rGO/MWCNT 混合薄膜具有更好的电热性能，能达到更高的平衡温度（550 ℃，8V）和更均匀的加热场（σ1=2.66）。在复合层压板中插入纳米薄膜制备的元件在静态和动态结冰环境下的某些临界电压下具有抗/除冰能力，并且在循环条件下能保持良好的电热和机械可靠性。在混合薄膜中引入rGO能有效改善电热效果，降低防冰/除冰应用的能耗（防冰能耗为6.21%，除冰能耗为 43.51%）。此外，动态结冰环境对电热响应有显著影响，在加热策略的防冰/除冰测试中必须加以考虑。

文献：