近日，上海交通大學(xué)王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)ITEWA (Innovative Team for Energy, Water & Air) 聯(lián)合北京科技大學(xué)和清華大學(xué)在Advanced Materials上發(fā)表了題為Advanced Anti-Icing Strategies and Technologies by Macrostructured Photothermal Storage Superhydrophobic Surfaces的前瞻論文，綜述了超疏水表面防結(jié)冰研究的最新進(jìn)展，剖析了超疏水表面防結(jié)冰技術(shù)面臨的問題，提出了構(gòu)筑多功能集成的結(jié)構(gòu)化光熱儲(chǔ)能超疏水表面實(shí)現(xiàn)全天高效防冰的策略，推動(dòng)先進(jìn)防結(jié)冰技術(shù)的發(fā)展。北京科技大學(xué)褚福強(qiáng)副教授與上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所博士后胡志鋒為論文共同一作，北京科技大學(xué)馮妍卉教授、清華大學(xué)吳曉敏教授和上海交通大學(xué)王如竹教授為共同通訊作者。
結(jié)冰，是一類常見的相變現(xiàn)象，廣泛存在于日常生活和工業(yè)過程中，但其每年都會(huì)對(duì)能源動(dòng)力、航空航海、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，造成嚴(yán)重的安全威脅。依賴表面本身防除冰能力的被動(dòng)式防結(jié)冰技術(shù)，因其低耗能、高效率、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)巨大潛力，其中超疏水表面防結(jié)冰技術(shù)由于其廣泛的適用性廣受關(guān)注。
論文圍繞超疏水表面防結(jié)冰技術(shù)，介紹了超疏水表面的防冰原理，討論了超疏水表面在實(shí)際場(chǎng)景中的優(yōu)缺點(diǎn)，回顧了當(dāng)前發(fā)展的結(jié)構(gòu)化超疏水表面（利用表面宏觀結(jié)構(gòu)調(diào)控液滴運(yùn)動(dòng)）和光熱超疏水表面（利用光熱效應(yīng)提升低溫下表面防冰能力）兩類表面防冰的局限性。結(jié)合研究團(tuán)隊(duì)最新研究成果，將超疏水材料、光熱材料和相變材料集成于同一表面，提出結(jié)構(gòu)化光熱儲(chǔ)能超疏水（MPSS）表面的設(shè)計(jì)策略，有效提升表面的全天防冰能力，并指出了MPSS表面防冰的未來研究方向。
MPSS表面構(gòu)筑多重防線以實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用中的全天高效防冰：（1）以超疏水表面為載體，利用超疏水表面本身抑制成核、降低粘附的防結(jié)冰特性；（2）結(jié)合仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)控液滴運(yùn)動(dòng)，弱化固液接觸，強(qiáng)化液滴脫離，進(jìn)而增強(qiáng)表面防結(jié)冰能力；（3）利用光熱效應(yīng)，通過光熱轉(zhuǎn)化使表面升溫，避免低溫條件下表面超疏水性的失效；（4）借助相變材料能量存儲(chǔ)、穩(wěn)定控溫的特性，解決不同條件下光熱效應(yīng)能量供需不平衡問題。
論文基于多功能協(xié)作的思路建立了全天防冰超疏水表面的設(shè)計(jì)框架，建議引入相變材料來彌補(bǔ)光熱超疏水表面的應(yīng)用局限，并強(qiáng)調(diào)表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)液滴操作的重要性，將合理的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光熱材料調(diào)節(jié)和相變材料選擇相結(jié)合。該框架可以啟發(fā)相關(guān)研究工作者改進(jìn)或開發(fā)先進(jìn)的超疏水表面防冰技術(shù)。
上海交大王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)近年來在Science、Nature Review Materials、Nature Water等國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
論文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402897
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