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電子科技大學王德輝教授等：基于超疏水表面的主被動復合防/除冰技術研究進展

2024-01-18 14:38:02 作者：表面技術來源：表面技術分享至：

本文介紹了光熱、電加熱、磁能、聲波能與超疏水表面相結合的主被動復合防/除冰技術及其機理與應用，闡述了以上復合型防/除冰技術的優勢與不足。其中，光熱復合技術具有耗能低、材料選擇多樣化等優點；電加熱復合技術工藝簡單，易于規?；圃?；磁能復合技術可滿足復雜場景的防/除冰應用需求；聲波復合技術則具有結構簡單的優勢。此外，同時復合多種能場可進一步提升防/除冰工作效率，是主被動復合技術的發展趨勢之一。最后，闡述了基于超疏水表面的主被動復合防/除冰技術的不足之處，并展望了復合防/除冰技術的應用研究前景。

關鍵詞：超疏水；電加熱；光熱；磁能；聲波能；防/除冰；主被動復合式

論文配圖

光熱復合超疏水表面的融冰現象、微觀結構

電加熱復合超疏水涂層結構制備與性能

磁響應復合材料的防冰性能與應用

聲波除冰效果與改性表面所需電壓對比

總結與展望

在實際應用中，低溫環境下可能會存在諸多積冰問題。目前，工業生產中的防/除冰方式初具成效，但能耗問題凸顯。因此，將無需能耗的超疏水表面應用于被動防/除冰領域廣受推崇。針對超疏水表面防除冰性能不足，研究者們引入供能手段，發展了基于超疏水基底的復合式防除冰技術。相較于傳統的主動除冰方式，超疏水基底復合型除冰方式不僅能夠降低能耗，而且大大提升了防除冰效率。然而，該復合方式仍然存在著以下不足：首先，對復合型技術的防除冰機理研究不夠充分，在不同工況下，各類供能方式對結冰/融冰過程的影響尚不明確，缺少各類供能手段對表面結構氣層具體影響機制的分析；其次，在實際應用中，光熱復合材料在無光照時無法繼續提供能量，而需要額外提供能量的供能方式仍需進一步提升能量利用率，降低能耗；最后，材料的精細加工成本較高，效率較低，難以達到工程實際應用中的規模化制造需求；此外，防/除冰性能測試沒有具體的參數，測試條件難以模擬外界低溫環境。

基于目前研究，研發長效穩定的超疏水主被動復合型防/除冰體系，并實現在各類防/除冰領域的大規模實際應用，是未來復合型防除冰的重點研究方向。仍需在以下方面進行深入探究：

1）強化理論研究、系統分析機制。利用多種微觀觀測手段，對復合型防除冰系統進行延緩結冰機制觀測，分析液滴結冰、融冰的動力學行為，闡明各類供能手段對超疏水微納復合結構內部氣層的影響機制，分析冰晶生長的成核機制。

2）優化基材性能，完善耦合方式。研發微納復合結構先進制備技術，優化超疏水基底材料機械強度。引入高能量轉換效率的光/電/聲/磁響應材料，以減小能耗。優化主被動耦合機制，提升材料的穩定性、耐候性。耦合復合能場與微納結構，特別是將多種供能手段復合在同一表面，規避光熱材料在無光照及嚴苛的表面條件與周邊環境時無法工作的缺陷。

3）豐富測試手段，升級制備工藝。遴選合理、準確、精細的方式表征超疏水復合型材料的防/除冰性能，有效模擬實際低溫環境，提升測試可信度。研發大面積制備復合技術的簡單高效工藝，拓展復合技術在工程應用領域的應用，提升復合技術在不同理化特性表面的普適性，降低工藝成本。

引文格式

許露晴, 石珍旭, 劉禎達, 等. 基于超疏水表面的主被動復合防/除冰技術研究進展[J]. 表面技術, 2023, 52(12): 135-146.

XU Lu-qing, SHI Zhen-xu, LIU Zhen-da, et al. Research Progress of Active/Passive Composite Anti/De-icing Technologies Based on Superhydrophobic Surfaces[J]. Surface Technology, 2023, 52(12): 135-146.

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