商品簡介
本書面向電力系統防覆冰、自清潔、透光性等功能的需求，針對塗層材料耐磨性差、各性能之間難以有效協調的技術難題，從材料優化和結構調控兩方面進行研究，顯著提升了塗層的耐磨性，實現了超疏水/電熱、超疏水/透明等多性能的協同優化，推動了超疏水材料在電力系統中的應用研究。本書是作者根據多年從事功能納米材料科研的成果撰寫的，論述了超疏水自清潔材料在電力系統中的應用、超疏水防冰塗層在電力系統中的應用、超疏水防腐蝕材料在電力系統中的應用、超疏水儲能材料在電力系統中的應用等。
本書可供高等院校電氣、材料、機械等相關專業師生使用，為其從事相關教學和科學研究提供有益的參考，也可供電力系統等領域的工程技術人員閱讀。
作者簡介
王鵬，華北電力大學，副教授，王鵬，男，華北電力大學副教授。攻讀博士學位期間以及工作後一直從事功能化微納米材料的構筑、機理分析及其性能評價方面的研究，尤其是對微納米結構的構筑和氟化改性進行了大量的研究工作，積累了豐富的研究經驗。入職華電以後，依托於河北省輸變電設備安全防御實驗室，開展電力裝備防護與絕緣失效機制的研究工作。近年來，以將超疏水材料應用於電力系統外絕緣為切入點，實驗與理論相結合，取得了一系列創新性成果。近5年，以一作在SCI收錄期刊上發表論文15篇(在top期刊發表論文7篇，包括Composites Science and Technology、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal等)。作為項目負責人，主持國家自然科學基金面上項目《二維氧化鎂微納結構的可控制備及其超疏水絕緣子防治綠藻附生的研究》(51977079)，國家自然青年科學基金《石墨烯半導體超疏水塗層的構筑及其絕緣子防覆冰性能研究》(51607067，獲評基金委電工學科結題項目)，河北省自然科學青年基金項目等多項基金。2017年，先後入選中國電機工程學會青年人才托舉工程和河北省“三三三”人才工程。
名人/編輯推薦
近年來，超疏水材料因其優異的疏水性和自清潔性成為外絕緣防護研究的一個熱點，但耐磨性差是制約其大規模工業化應用的主要挑戰。本書面向電力系統對防覆冰、自清潔、透光性等功能的需求，針對塗層材料耐磨性差、各性能之間難以有效協調的技術難題，從材料優化和結構調控兩方面著手，顯著提升了塗層的耐磨性，實現了超疏水/電熱、超疏水/透明等多性能的協同優化，推動了超疏水材料在電力系統中的應用研究。本書具有以下兩大特色：
（1）脈絡清晰，內容全面
本書先從超疏水材料的基礎知識及其制備開始，逐步引入超疏水材料的各種應用，脈絡清晰，內容較全面。
（2）技術先進，實用性強
本書介紹的超疏水材料屬於微納米新材料領域，屬於前沿技術，並介紹了其在電力系統中的應用，實用性很強。
序
近年來， 隨著我國堅強智能電網建設的加速推進、新能源發電比例的持續上升， 對電力系統外絕緣防護提出了更高的要求。國家電力發展“十三五” 規劃明確指出“堅守安全底線， 構建規模合理、分層分區、安全可靠的電力系統，提高電力抗災和應急保障能力”。盡管我國電力系統外絕緣防護的研究和應用已經取得了長足的進步， 但在其性能的改善和應用的擴寬方面還存在許多亟需解決的問題， 如惡劣的寒潮天氣每年會給我國南方多個省市的電力系統帶來不同程度的覆冰事故； 面對遠距離、特高壓輸電線路建設帶來的多地形差異和複雜環境問題， 線路的污閃、腐蝕、風沙侵蝕等日益嚴重； 大氣污染的加劇要求太陽能電池板具有自清潔能力等。超疏水材料具有優異的疏水性和自清潔性， 已成為外絕緣防護研究的一個熱點， 但耐磨性差是制約其大規模工業化應用的主要因素。
筆者根據多年來從事功能納米材料科研的成果撰寫此書， 期望為從事相關研究工作的讀者提供參考。本書共分5章， 系統地介紹了超疏水材料在電力系統中的應用現狀。第1章介紹了超疏水材料的制備、應用以及工程應用中存在的瓶頸。第2章研究了超疏水自清潔材料在電力系統中的應用。第3章探討了超疏水防冰塗層在電力系統中的應用， 重點介紹了超疏水/電熱/光熱協同作用防覆冰的相關內容。第4章研究了應用超疏水防腐蝕材料在電力系統中的應用， 尤其介紹了應用石墨烯超疏水塗層長效提升防腐蝕性能的內容。第5章探討了超疏水儲能材料在電力系統中的應用。
特別提及的是， 本書由華北電力大學王鵬撰寫， 在初稿形成之時， 得到了華北電力大學範孝良教授和謝慶教授的指導， 他們提出了許多寶貴的修改建議， 在此表示衷心的感謝！ 研究生陳濤、張雪松、趙輝、楊夢宇、韓磊、孫斌、淮繼茹、陳啟功等在文獻查找、語法檢查、格式調整上做了大量的工作， 在此致以誠摯的謝意！ 同時， 感謝國家自然科學基金項目（51977079、51607067）、中國電機工程學會青年人才托舉工程（CSEE-YESS-2017002）、河北省自然科學基金（E2015502023） 給予的大力支持。
由於筆者時間和水平有限， 書中難免有不當之處， 敬請讀者批評指正！
著 者
目次
第1章 超疏水材料的制備及應用概述001
1.1 超疏水材料的起源 001
1.2 表面潤濕性理論 002
1.2.1 接觸角和滾動角 002
1.2.2 基本潤濕性理論模型 002
1.3 超疏水制備方法 005
1.3.1 仿生學建構超疏水表面 005
1.3.2 刻蝕光刻法 006
1.3.3 溶膠-凝膠法 008
1.3.4 化學氣相沉積法 008
1.3.5 噴塗法 009
1.3.6 其他方法 011
1.4 超疏水材料在電力系統的應用前景 011
1.4.1 自清潔 011
1.4.2 除冰 012
1.4.3 防腐蝕 013
1.4.4 儲能 014
1.5 自修復超疏水材料研究進展 014
1.5.1 遷移補給低表面能物質的自修復超疏水體系 015
1.5.2 人工干預誘導自修復 016
1.5.3 外界環境自發誘導自修復 018
1.5.4 重構粗糙結構的自修復超疏水體系 020
1.6 本書的意義及主要內容 022
1.6.1 本書的意義 022
1.6.2 主要內容 022
參考文獻 025
第2章 超疏水自清潔材料在電力系統中的應用030
2.1 用於太陽能電池板自清潔的透明超疏水塗層 030
2.1.1 概述 030
2.1.2 實驗部分 031
2.1.3 結果與討論 032
2.1.4 本節小結 038
2.2 應用於絕緣子防污閃的耐磨超疏水材料 038
2.2.1 研究背景 038
2.2.2 技術方案 039
2.2.3 超疏水表面的構筑 041
2.2.4 超疏水表面的表征 044
2.2.5 創新特色 049
2.2.6 應用及其前景 050
參考文獻 050
第3章 超疏水防冰塗層在電力系統中的應用054
3.1 基於石墨烯的超疏水電熱協同作用防冰策略 054
3.1.1 概述 054
3.1.2 實驗步驟 055
3.1.3 結果與討論 056
3.1.4 本節小結 062
3.2 具有自修復性的超疏水電熱光熱協同防冰策略 062
3.2.1 概述 062
3.2.2 材料與實驗方法 063
3.2.3 結果與討論 065
3.2.4 本節小結 073
3.3 採用被動防冰策略的極低覆冰黏附力超疏水網的制備 074
3.3.1 概述 074
3.3.2 實驗與材料 075
3.3.3 結果與討論 076
3.3.4 本節小結 083
3.4 主被動防冰策略下光熱超疏水協同作用低覆冰黏附力網 083
3.4.1 概述 083
3.4.2 實驗與材料 085
3.4.3 結果與討論 086
3.4.4 本節小結 092
3.5 基於蠟燭灰的光熱除冰自修復超疏水塗層 092
3.5.1 概述 092
3.5.2 材料與實驗方法 093
3.5.3 結果與討論 094
3.5.4 本節小結 099
參考文獻 100
第4章 超疏水防腐蝕材料在電力系統中的應用105
4.1 基於自制石墨烯構筑超疏水防腐蝕塗層 105
4.1.1 概述 105
4.1.2 實驗步驟 106
4.1.3 結果與討論 107
4.1.4 本節小結 110
4.2 超耐磨石墨烯超疏水材料的制備 110
4.2.1 概述 110
4.2.2 實驗方法 112
4.2.3 結果與討論 113
4.2.4 本節小結 126
4.3 超疏水防腐蝕鋼表面的制備 127
4.3.1 概述 127
4.3.2 實驗方法 128
4.3.3 結果與討論 129
4.3.4 本節小結 134
4.4 多重氟化硅橡膠碳納米管超疏水塗層的制備 134
4.4.1 概述 134
4.4.2 實驗原料 135
4.4.3 實驗過程 135
4.4.4 結果與討論 136
4.5 自修復超疏水防腐蝕塗層的制備 152
4.5.1 概述 152
4.5.2 材料與實驗方法 153
4.5.3 測試及表征 154
4.5.4 結果與討論 155
4.5.5 本節小結 161
參考文獻 161
第5章 超疏水儲能材料在電力系統中的應用166
5.1 超疏水柔性超級電容器的制備與研究 166
5.1.1 概述 166
5.1.2 自修復、超疏水柔性超級電容器的制備與測量方法 167
5.1.3 結果與討論 169
5.1.4 本節小結 176
5.2 鎳鈷碳協同作用下的柔性超級電容器 177
5.2.1 概述 177
5.2.2 柔性超級電容器的制備方案與測試方法 177
5.2.3 結果與討論 179
5.2.4 本節小結 187
參考文獻 187
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