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引用格式：
Zhang H, Du H, Zhu D, et al. Ice Adhesion Properties on Micropillared Superhydrophobic Surfaces. [J].ACS applied materials & interfaces,2024.
结冰是自然界和日常生活中的常见现象，可能会导致飞机、输电线路、冷却设备、风力发电机等众多工程领域的性能下降和经济损失。作为一种被动防/除冰方法，超疏水表面（SHS）由于其非凡的防水性和潜在的疏冰特性在过去二十年中受到了极大的关注。困在 SHS 的微/纳米结构中的气穴是维持液滴 Cassie-Baxter 润湿状态的先决条件，人们发现，它通过形成热障来阻止固液界面处的传热和异质成核，从而在延迟成核方面发挥重要作用。据报道，冰附着力与表面粗糙度之间存在正相关关系，这导致使用 SHS 来减少冰附着力的想法不切实际。尽管现有研究表明，具有各种微结构的 SHS 可以减少或增加冰附着力。粘合强度方面，对于哪种微图案具有最佳的低粘合性能，目前还没有明确的结论。特别是，通过合理设计微纹理 SHS 是否可以降低 Wenzel 冰的粘附力的问题促使我们进行当前的研究。
清华大学吕存景团队研究了装饰有各种尺寸（从微米级到亚毫米级）柱子的SHS冻结行为和冰粘附特性。微柱上涂有疏水性纳米粒子，形成分层的 SHS。重点研究微观纹理尺寸对座滴的成核、冻结和脱粘过程的影响。实验结果表明，具有一定几何参数的分层SHS比单尺度SHS具有更好的结冰延迟和低粘附性能。详细研究了基底温度、微柱宽度、间距和高度对冷冻行为和冰粘附性能的影响。还重点研究了Wenzel冰的两种脱粘模式，并提出了疏冰SHS的优化设计。
图1. 不同温度的SHS上水滴的成核和冻结过程。 （a）再辉（0−64 ms）和冻结（1−50 s）过程的高速快照和相应的热图像。(b) 冷冻过程（0−60 s）的高速快照和相应的热图像。 (c) 下降温度随时间的演变（T0 = 5 °C，Ts ≈ -15 °C）。 (d) 下降温度随时间的演变（T0 = 5 °C，Ts ≈ -20 °C）。
图2. SHS 几何参数和表面温度对结冰过程的影响。
图3. Cassie 冰 (a)、Wenzel 冰 (b)、平移脱粘 (c) 和旋转脱粘 (d) 的示意图。
图4. 脱粘模式图。 (a) Wenzel 冰在微柱 SHS 上的脱粘模式。 (b) 两种脱粘模式的冰粘附强度比较。
图5. 几何参数对冰在 SHS 上的粘附强度的影响。 (a) Cassie 冰粘附强度的函数。 (b) Wenzel 冰粘附强度的函数。 (c) Wenzel 冰的粘附强度 W−R 作为 P/H 的函数。 (d) Wenzel 冰的粘附强度W−T 作为 φ 的函数。
图6. 不同无因次参数下冰-固界面最大 von Mises 应力的变化。 (a) σMises-max 作为面积分数 φ 的函数。 (b) σMises-max 作为高度间距比 H/P 的函数。
图7. 实验装置示意图。
相应的成果以“Ice Adhesion Properties on Micropillared Superhydrophobic Surfaces”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。论文的通讯作者为清华大学吕存景副教授和郝鹏飞副教授。
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中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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