西南科大李国强教授/余家欣教授、中南大学银恺教授Small封面论文：用于防/除冰的微/纳分级火山口结构疏冰耐久表面

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-09-01 07:50

正文

飞机表面积冰会对飞行过程造成严重安全隐患，应对表面结冰问题，传统的主动除冰技术存在效率低、污染环境、能源消耗等缺点，超疏水表面因其不需要外部能量输入而具有巨大的防/除冰潜力。然而，超疏水表面在低温下极易从Cassie-Baxter态转变为Wenzel态，降低疏冰性；此外，表面的机械耐久性较差，难以多次使用。因此，同时提升超疏水表面的疏冰性和机械耐久性成为一种挑战。

针对此问题，西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室李国强教授、余家欣教授和中南大学银恺教授合作，受荷叶和玫瑰花瓣微结构的启发，利用飞秒激光烧蚀技术和沸水处理技术制备了一种微/纳分级火山口结构表面（HCLS）。HCLS具有良好的超疏水性（接触角为162°，滚动角低至2.0°），防冰性（结冰延迟时间高达2083 s）和疏冰性（冰粘附强度仅为1.4 kPa）。此外，HCLS还具有优异的耐久性，在1000目砂纸磨损300 cm后，其冰粘附强度仍保持在10 kPa以下。且经过10次水流和沙土冲击后，HCLS仍保持稳定的Cassie-Baxter态。

该研究围绕重大装备在防/除冰方面的重大战略需求，针对在复杂极端环境服役中的技术难题，设计了一种具有超低冰粘附强度和优异机械耐久性的表面，并阐述了相关机理，这对我国航空、航天、交通运输、电力防/除冰等领域的快速发展具有重要的意义。相关工作以“Micro/Nano Hierarchical Crater-Like Structure Surface with Mechanical Durability and Low-Adhesion for Anti-Icing/Deicing”为题发表在国际高影响力期刊《Small》（TOP，IF：13）上，并作为封面论文被报道。审稿人认为此项工作具有极大的创新性和可行性。该工作是团队在防/除冰领域取得的又一重大成果，也是学校机械工程学科博士点建设的重要阶段性成果。

文章第一作者为西南科技大学博士生轩森森和硕士生卓礼杰。李国强教授、余家欣教授、银恺教授担任论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、四川省科技计划项目、结冰与防/除冰重点实验室开放基金等基金项目的支持。

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