超疏水防/除冰材料的基础理论和制备技术研究进展

在寒冷高湿环境下,冰和霜易凝结于飞行器、轨道交通、风电叶片、输电线路等设备表面,从而降低工作效率,影响设备使用,同时造成巨大的安全隐患。因此,如何有效延迟冰霜在固体材料表面的形成以及促进结冰的去除,成为当前高性能材料领域的研究热点。传统的机械除冰、化学除冰和热力除冰方式在很大程度上存在能耗高、除冰废液多、除冰效率低等问题,而且容易破坏机械设备表面,与“绿色环保、高效节能”的可持续发展理念相悖。受自然界生物启发,研究人员开发了新型被动超疏水防冰技术,该技术具有成本低、能耗低和防冰性能优异等优点,具有良好的应用前景。针对新型超疏水型防冰材料,综述了固体表面的超疏水润湿理论进展和固体表面结冰/防冰机理;总结了超疏水防冰表面的自上而下制备方法(激光刻蚀、化学刻蚀、模板法等)和自下而上制备方法(涂层技术、磁控溅射技术、溶胶-凝胶技术和电沉积技术等)。最后,对超疏水防冰材料的局限性进行了讨论,同时对其应用前景和发展趋势进行了展望。