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  結(jié)冰是一種由溫度降至冰點(diǎn)或冰點(diǎn)以下的情況引起的普遍的天氣現(xiàn)象。表面結(jié)冰對(duì)道路運(yùn)輸、航空、電力線、海上作業(yè)等構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。因此，開發(fā)有效的預(yù)防和除冰方法至關(guān)重要。傳統(tǒng)的除冰方法，如機(jī)械和化學(xué)除冰，通常涉及復(fù)雜、低效的過(guò)程，能耗和成本很高。近年來(lái)，研究者們逐漸關(guān)注被動(dòng)防結(jié)冰策略，迄今為止，超疏水涂層已成為最具前景的被動(dòng)防結(jié)冰解決方案之一。超疏水表面具有微米和納米結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可最大限度地減少水接觸，促進(jìn)延遲冷凍并降低冰的粘度強(qiáng)度。然而，超疏水涂層只能延緩結(jié)冰，無(wú)法完全防止結(jié)冰。

  因此，結(jié)合被動(dòng)防結(jié)冰與主動(dòng)除冰功能的光熱超疏水涂層正逐漸成為一種有效的防結(jié)冰、除冰材料。盡管光熱超疏水防結(jié)冰/除冰涂層的研究取得了顯著進(jìn)展，但其實(shí)際應(yīng)用仍面臨以下挑戰(zhàn)：（1）在低溫、高濕度環(huán)境下，當(dāng)水蒸氣凝結(jié)成微小的液滴時(shí)，這些液滴會(huì)在固體表面凍結(jié)并嵌入其粗糙的納米結(jié)構(gòu)中。在熔化過(guò)程中，由于熱效應(yīng)的影響，這種復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與融水的顯著機(jī)械聯(lián)鎖。這個(gè)問(wèn)題不僅降低了除冰的效率，而且由于表面被水潤(rùn)濕，材料的防冰和超疏水性能也會(huì)惡化。（2）大多數(shù)光熱超疏水涂層在充足的太陽(yáng)光照強(qiáng)度下表現(xiàn)優(yōu)異，但是在寒冷冬季或者夜晚，這樣高強(qiáng)度的太陽(yáng)光并不常見(jiàn)。（3）超疏水涂層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足也限制了其實(shí)際應(yīng)用。

圖5: 除冰過(guò)程中機(jī)械聯(lián)鎖的破壞及其機(jī)理。a) 在自然寒冷環(huán)境中，由于水蒸氣凝結(jié)和凍結(jié)，冰層和表面微納米結(jié)構(gòu)之間的機(jī)械聯(lián)鎖示意圖。b) 1太陽(yáng)光照下除冰性能的比較以及c) RADS和傳統(tǒng)光熱超疏水表面除冰后表面干燥度和超疏水性的評(píng)估。d) RADS和同行報(bào)告的光熱超疏水表面之間除冰時(shí)間和除冰后潤(rùn)濕性的比較。紅色區(qū)域表示非濕潤(rùn)表面，藍(lán)色區(qū)域表示有積水的表面。e) 冰中殘留水分子百分比的趨勢(shì)以及f) 冰質(zhì)心與表面之間的距離隨溫度的變化。g) RADS在光/電熱條件下的有效除冰機(jī)制示意圖。

  該研究成果以“Robust and Ultra-Efficient Anti-/De-Icing Surface Engineered Through Photo-/Electrothermal Micro-Nanostructures With Switchable Solid-Liquid States”為題發(fā)表在Advanced Materials上，該文的第一作者為浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的碩士研究生劉秋悅，通訊作者為劉善秋教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202410941