河北工业大学：具有全面结冰监测、防冰和光热/电热除冰性能的多功能超疏水薄膜

2025-05-21 16:35:42 作者：涂料驿站来源：涂料驿站分享至：

飞机、风力涡轮机、高压线等户外设施在寒冷的气候条件下容易结冰，这可能会导致严重的安全事故。最近研究表明，超疏水表面可以减少过冷液滴的粘附，从而防止冰的形成。尽管超疏水表面具有防冰性能，但在低温高湿条件下，过冷液滴容易在粗糙结构中凝结，导致结冰。考虑到这一点，超疏水光热/电热表面具有防冰和除冰的协同效应，被认为是解决结冰问题的有效方法。除防冰和除冰外，还需要对结冰情况进行准确监测，以提高除冰效率，降低能耗。因此，具有结冰检测、防冰和除冰性能的多功能超疏水薄膜对提高设备运行可靠性、减少结冰危害具有重要意义。然而，目前还无法精确测量冰层厚度和监测结冰过程。因此，开发一种既能表现出防冰和光热/电热除冰性能的协同效应，又能准确监测结冰情况的多功能超疏水薄膜，仍然是一项艰巨的挑战。

近期，河北工业大学胡宁/杨超团队采用激光烧蚀技术成功制备了一种具有全面结冰监测、防冰和光热/电热除冰性能的多功能超疏水薄膜。

该薄膜由叉指型激光烧蚀石墨烯（LAG）平面电容传感器和激光烧蚀聚四氟乙烯（PTFE）超疏水表面组成。

该传感器能够有效地监测冰的生长过程，并通过利用水、冰和空气的介电特性差异来检测冰的厚度。该超疏水表面的接触角（CA）为159.5°，滑动角（SA）为3.5°，在-20°C下延长了4.9分钟的结冰时间。利用LAG导电网络的光热和电热效应，表面温度分别达到108.4°C和43.2°C，光辐照度为2W/cm²，施加的电功率密度为0.135W/cm²，从而实现有效的除冰。因此，本研究制备的多功能超疏水薄膜在防冰和除冰方面具有巨大的潜力。

制备工艺示意图

多功能超疏水薄膜的制备工艺示意图。

结冰/除冰过程

(a)胶片整个结冰和除冰过程照片；(b)整个结冰和除冰过程中薄膜的电容变化。

数据来源与出处

相关研究成果以“Multifunctional superhydrophobic film with comprehensive icing monitoring, anti-icing, and photothermal/electrothermal deicing properties”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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