表面結冰問題對新能源設施(如輸電線路、風電葉片等)運行的安全性、可靠性構成了嚴重威脅,并導致了巨大的經(jīng)濟損失。傳統(tǒng)的除冰方法,如機械振動和熱處理,通常需要大量的人力和物力,且除冰效率較低。近年來,研究者們逐漸關注被動防結冰策略,這種策略因其高效、低成本的特點而備受青睞。迄今為止,超疏水涂層已成為最具前景的被動防結冰解決方案之一。其卓越性能主要源于高接觸角(>150°)和低滾動角(<10°),這有效減少了固體與液體的接觸面積,從而延緩冰的形成并降低冰的粘附強度。然而,超疏水涂層只能延緩結冰,無法完全防止結冰。
圖1. 光熱超疏水防結冰/除冰涂層的設計思路
為此,中國科學院蘭州化物所張俊平研究員團隊通過系統(tǒng)的理論分析,發(fā)現(xiàn)高水接觸角、低涂層熱導率及水滴在低溫、高濕度環(huán)境下在涂層表面維持穩(wěn)定Cassie-Baxter狀態(tài)是超疏水涂層實現(xiàn)優(yōu)異被動防結冰性能的關鍵。為此,該團隊在凹凸棒石表面原位生長具有優(yōu)異光熱性能的Cu-MOF并進行低表面能改性;將其分散至粘結劑中并通過非溶劑誘導粘結劑發(fā)生相分離形成微米粘結劑/低表面能納米粒子聚集體;通過一步噴涂法制得具有三級微/納/納米結構的光熱超疏水防結冰涂層(圖1),有效解決了傳統(tǒng)光熱超疏水防結冰涂層的上述缺陷。該涂層在-10℃、80%相對濕度、0.1個太陽數(shù)弱太陽光條件下(或真實環(huán)境)展現(xiàn)出優(yōu)異的防結冰/結霜和除冰/除霜性能。
文章鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-54058-8.
- 蛋白質(zhì)涂料能防結冰 德國飛機穿上“魚蛋白衣服” 2007-08-22
- 浙工大劉善秋團隊 Adv. Mater.:通過具有可切換固液態(tài)的光/電熱微納米結構設計堅固且超高效的防/除冰表面 2024-12-04
- 西南科大李國強教授/余家欣教授、中南大學銀愷教授 Small 封面論文:用于防/除冰的微/納分級火山口結構疏冰耐久表面 2024-09-01
- 陜科大王成兵教授/師晶副教授團隊 CEJ:光熱除冰材料最新進展及面臨的挑戰(zhàn) 2024-02-07
- 東華大學熊佳慶/周欣然 Adv. Mater.:光熱響應氣凝膠-水凝膠二元仿生體系實現(xiàn)全天候水伏發(fā)電 2025-05-21
- 華南師大張振 JCIS:以聚多巴胺包覆纖維素納米晶和MXene為光熱納米增強填料的液晶彈性體基光致軟致動器 2025-05-12
- 四川大學華西口腔醫(yī)院楊佼佼副研究員、韓波副主任醫(yī)師 ACS AMI:給光熱材料蓋上生物囊泡被褥從而提升敷料的抗菌性能 2025-05-06