基于超疏水表层的石墨烯电热除冰实验研究

彭兰清， 卫建勋， 陈 诺， 朱春玲

(南京航空航天大学航空学院， 南京 210016)

飞机穿过过冷云层时，机翼表面极易结冰，前缘积冰会改变翼型的气动外形，致使飞行升力下降、阻力上升，严重影响飞行安全[1]。当前，主要有两种防/除冰策略。第一种策略是传统的主动方法，包括电热防/除冰和机械振动除冰[2]。机械振动除冰时，连续振动会降低蒙皮材料的使用寿命[3]。电热防/除冰系统因其效率高、可靠性好、易于控制等优势，是目前应用最常见的主动结冰防护系统。第二种是被动方法，采用憎水性材料，利用其表面特性来防止冰积聚[4]。常见的憎水性材料如超疏水表面、带有水润滑性的涂层已被广泛用作防冰涂料[5]。

近年来，由于复合材料的高比重和轻质性，其在风电和飞机等领域中的应用已变得越来越突出。但是，由于复合材料的耐高温性差，于是对电热防/除冰系统提出低温、高效率的要求。传统电加热使用的金属丝其机械性能差、电热转化效率低，并且与蒙皮不能很好地贴合。应用于复合蒙皮的嵌入式电加热系统加工工艺复杂，还可能造成复合材料层压板之间的断裂，从而削弱蒙皮机械强度[6]。在严酷的结冰条件下，被动防冰方法无法实现完全的防冰。传统的电热防/除冰方法由于复合材料的导热性和耐高温性差，消耗大量能量并可能导致基材损坏。因此，迫切需要开发一种高效防/除冰方法。

石墨烯具有高表面积、优异的导电和导热性能以及出色的机械强度，可替代金属丝作为电热防/除冰系统的加热元件[7-9]。……