当飞行器穿越对流层时，会遇到多种极端气候条件，此时飞行器的机翼、发动机前端以及各类探测装置等关键部位完全暴露在这种环境下。一旦遇到高湿和低温的组合条件，这些部位极易发生结冰现象。据统计，由结冰导致的空难事故超过15%。由此可见，结冰对飞行安全有致命威胁，也被航空界认定为影响飞行的六大气象因素之一。传统的飞行器除冰方法有热力除冰、化学除冰和机械除冰等，但这些技术存在环境污染、效率低、能耗高等缺点。近年来，随着防除冰技术的发展，超疏水涂层（SHC）因其优异的疏水性而被广泛关注。然而，液滴在低温下容易渗透到微纳结构内部，发生机械互锁，致使超疏水涂层失效。
针对该瓶颈问题，上海交通大学刘洪教授、黄小彬研究员团队利用希夫碱反应将多功能香草醛基化合物（HV）与储油二氧化硅相结合，制备了具有优异疏冰特性的香草醛基超支化复合涂层（HVIC）。关键步骤在于改性二氧化硅的氨基与HV中的醛基之间发生席夫碱反应得到超支化聚亚胺，这种超支化结构使得储存在超支化聚亚胺内部和外部的储油纳米颗粒更加稳定，从而使得涂层表面具有优异的疏水性和低滑动角（9°）。（图1）HVIC在经历多次结冰/除冰循环后，其冰的粘附强度几乎没有明显上升，表现出优异的除冰稳定性。在风速为12 m/s（6级风）的条件下，对裸铝、SHC和HVIC三个样品进行了风力除冰实验。如图2b所示，HVIC表面的冰被风迅速吹散，而裸铝和SHC表面的冰仍然与基底牢固地附着在一起。这表明涂有HVIC的设备将能够通过风或其自身的离心力去除结冰。在低温高湿环境下（-15℃，80%RH）HVIC的结冰延迟时间相较于裸铝提高了31.9倍，而相较于SHC则提高了9.1倍。SHC的结冰延迟时间非常短归因于微小的冷凝水滴在高湿环境下容易进入微纳结构的气腔并冻结。在同样条件下开展的结霜实验发现SHC在6 min就完全结霜，而HVIC经过24 min后才完全结霜。（图2）为了更好地体现HVIC在飞行器实际服役环境下的疏冰性能，该研究以无人机螺旋桨为部件，在典型的釉面覆冰情况下（V = 10 m/s, T = -6℃，液态水含量为 2.0 g/m3）开展实验。如图3所示，在200秒的结冰时间内，未处理的叶片和涂覆SHC的叶片都没有冰脱落。这表明SHC在低温高湿的动态环境中完全丧失疏冰性能，不适合在实际飞行环境中使用。与之相反的是，涂覆HVIC的叶片在200秒的结冰时间内，表现出周期性的冰脱落现象，可以降低50%以上的功耗。这有利于拓宽无人机的工作环境，降低设备负载，提高运行可行性。（图3）该研究围绕飞行器在防/除冰方面的重大战略需求，针对现有防除冰技术在飞行器实际服役环境下的技术难点，设计了一种在低温高湿和动态环境下具有高效疏冰性能的超支化复合涂层，并阐述了相关机理。该成果还可拓展于风电、汽车、道路、光伏板、输电线等领域，具有重要战略意义。相关工作以“Hyperbranched Vanillin-Based Composite Coating: Achieve Efficient Icephobicity in High Humidity and Dynamic Environments”为题发表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者为上海交通大学博士生王祥昭，黄小彬研究员担任论文通讯作者。论文工作得到国家重点研发计划项目（2020YFA0712001）支持。https://doi.org/10.1002/adfm.202415952声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
