电子科技大学王德辉教授等：基于超疏水表面的主被动复合防/除冰技术研究进展

2024-01-18 14:38:02 作者：表面技术来源：表面技术分享至：

本文介绍了光热、电加热、磁能、声波能与超疏水表面相结合的主被动复合防/除冰技术及其机理与应用，阐述了以上复合型防/除冰技术的优势与不足。其中，光热复合技术具有耗能低、材料选择多样化等优点；电加热复合技术工艺简单，易于规模化制造；磁能复合技术可满足复杂场景的防/除冰应用需求；声波复合技术则具有结构简单的优势。此外，同时复合多种能场可进一步提升防/除冰工作效率，是主被动复合技术的发展趋势之一。最后，阐述了基于超疏水表面的主被动复合防/除冰技术的不足之处，并展望了复合防/除冰技术的应用研究前景。

关键词：超疏水；电加热；光热；磁能；声波能；防/除冰；主被动复合式

论文配图

光热复合超疏水表面的融冰现象、微观结构

电加热复合超疏水涂层结构制备与性能

磁响应复合材料的防冰性能与应用

声波除冰效果与改性表面所需电压对比

总结与展望

在实际应用中，低温环境下可能会存在诸多积冰问题。目前，工业生产中的防/除冰方式初具成效，但能耗问题凸显。因此，将无需能耗的超疏水表面应用于被动防/除冰领域广受推崇。针对超疏水表面防除冰性能不足，研究者们引入供能手段，发展了基于超疏水基底的复合式防除冰技术。相较于传统的主动除冰方式，超疏水基底复合型除冰方式不仅能够降低能耗，而且大大提升了防除冰效率。然而，该复合方式仍然存在着以下不足：首先，对复合型技术的防除冰机理研究不够充分，在不同工况下，各类供能方式对结冰/融冰过程的影响尚不明确，缺少各类供能手段对表面结构气层具体影响机制的分析；其次，在实际应用中，光热复合材料在无光照时无法继续提供能量，而需要额外提供能量的供能方式仍需进一步提升能量利用率，降低能耗；最后，材料的精细加工成本较高，效率较低，难以达到工程实际应用中的规模化制造需求；此外，防/除冰性能测试没有具体的参数，测试条件难以模拟外界低温环境。

基于目前研究，研发长效稳定的超疏水主被动复合型防/除冰体系，并实现在各类防/除冰领域的大规模实际应用，是未来复合型防除冰的重点研究方向。仍需在以下方面进行深入探究：

1）强化理论研究、系统分析机制。利用多种微观观测手段，对复合型防除冰系统进行延缓结冰机制观测，分析液滴结冰、融冰的动力学行为，阐明各类供能手段对超疏水微纳复合结构内部气层的影响机制，分析冰晶生长的成核机制。

2）优化基材性能，完善耦合方式。研发微纳复合结构先进制备技术，优化超疏水基底材料机械强度。引入高能量转换效率的光/电/声/磁响应材料，以减小能耗。优化主被动耦合机制，提升材料的稳定性、耐候性。耦合复合能场与微纳结构，特别是将多种供能手段复合在同一表面，规避光热材料在无光照及严苛的表面条件与周边环境时无法工作的缺陷。

3）丰富测试手段，升级制备工艺。遴选合理、准确、精细的方式表征超疏水复合型材料的防/除冰性能，有效模拟实际低温环境，提升测试可信度。研发大面积制备复合技术的简单高效工艺，拓展复合技术在工程应用领域的应用，提升复合技术在不同理化特性表面的普适性，降低工艺成本。

引文格式

许露晴, 石珍旭, 刘祯达, 等. 基于超疏水表面的主被动复合防/除冰技术研究进展[J]. 表面技术, 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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