表面結(jié)冰問題對新能源設(shè)施（如輸電線路、風電葉片等）運行的安全性、可靠性構(gòu)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(guān)注被動防結(jié)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(jié)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(jié)冰，無法完全防止結(jié)冰。
圖1. 光熱超疏水防結(jié)冰/除冰涂層的設(shè)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(jié)冰性能的關(guān)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(jié)劑中并通過非溶劑誘導粘結(jié)劑發(fā)生相分離形成微米粘結(jié)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(jié)構(gòu)的光熱超疏水防結(jié)冰涂層（圖1），有效解決了傳統(tǒng)光熱超疏水防結(jié)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(jié)冰/結(jié)霜和除冰/除霜性能。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54058-8.
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