超疏水防冰材料的理论基础与应用研究进展

近年来,飞机防/除冰问题的研究广受关注。传统的主动防/除冰方式会增加飞机的设计与制造成本,且持续的冷热交替和振动会降低飞机蒙皮材料的使用寿命,存在严重的安全隐患。因此,受自然界动植物的启发,新型被动超疏水防冰技术被广泛讨论与研究,为飞机防/除冰提供了一种低成本、高效、轻量的方法。针对新型被动超疏水防冰材料,综述了近年来防冰材料的超疏水润湿理论的进展;归纳了具有代表性的润湿理论模型,包括杨氏方程、Wenzel理论、Cassie-Baxter理论、接触线理论等;总结了当前广泛应用的防冰材料制备方法,包括刻蚀法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。另外,针对目前国内外的研究热点,进一步阐述了超疏水材料的防冰性能及防冰机理研究,综述了结冰形核和结冰延迟过程中的撞击液滴弹跳动力学、结冰热力学、成相理论、非均匀形核原理、传热理论等机理,以及冰粘附性能的测试评价方法。最后,针对冰层粘附强度的测试标准、不同冰型冰粘附力的区别、剪切力作用下除冰性能涉及的机理等问题进行了展望。