冰的形成和积聚会对电网、交通甚至家庭生活造成破坏。在空调方面，冬季制热模式会出现一个特定的挑战。当室内机开始加热时，室外环境中的水分很容易凝结在室外机的热交换器翅片上，翅片通常间隔很窄，约1.2毫米。这些凝结的水滴填补了翅片间的缝隙，随着温度的进一步降低，冻结成冰，形成厚厚的霜层。这种积冰现象显著增加了热交换器的风阻，阻碍了其导热性和效率。因此，空调难以维持正常运行，导致室内温度出现大幅波动。
通常，主动除冰方法包括机械除冰和加热除冰，这两种方法都可以应用于热交换器，但其能耗高，效率低。为了应对这些挑战，人们积极开发热交换器翅片表面的被动防冰涂层，这种方法不需要额外的设备和能源消耗。防冰涂层可以迅速去除水滴，延迟冰的成核和生长，降低冰的粘附强度。
近年来，具有优异防冰性能的涂层类型包括模拟天然抗冻蛋白的聚电解质水凝胶，浸润润滑剂的表面，超疏水涂层和亲水涂层。其中，超疏水涂层已得到深入研究，它有可能延缓霜的形成并降低冰的附着力。超疏水表面表现出极强的防水性，这对防止冰核形成和生长至关重要。此外，超疏水表面还能产生液体弹跳效应，这在受控环境中尤为有效。然而，许多研究只关注涂层的防霜性能，而未探讨其除霜效果或冰的粘附强度。此外，由于这些超疏水材料的机械性能较差，在实际应用中难以使用。对于热交换器而言，有效的防冰涂层需要具有极高的耐用性，不仅能承受制造过程的严格要求，还要能抵御雨、雪和其他户外元素的侵蚀。因此，空调热交换器需要一种既具有机械强度又能提供出色水冲洗能力的涂层，以保持其防冰性能。然而，到目前为止，尚无任何涂层在应用于热交换器时成功克服这些挑战。
该复合涂层底层由水性聚酰胺酰亚胺（PAI）和碳化硅（SiC）组成，顶层由氟化二氧化硅(F-SiO2)构成。该复合涂层不仅对各种液体具有优异的拒液性，而且还具有良好的机械强度、耐久性和延迟结霜性能。与传统装置相比，涂覆复合涂层的热交换器结霜时间延迟了一倍，冰的粘附强度明显降低，低至9.2 kPa，在除霜过程中更容易除冰，并且去除后涂层表面没有霜残留。因此，这种新型超双疏复合涂层的开发，为制造耐用的防冰材料提供了一种实用方法，从而显著提高了空调的性能和能效，同时有望在电网、风机叶片等领域得到推广。
试验视频
复合涂层制备示意图
接触角及测量
(a)复合涂层的水、油接触角；(b)涂层表面各种液体的接触角测量。
除霜及冰粘附强度
裸铝基材(a)和复合涂层(b)除霜前后照片；(c)冰粘附强度测试设备示意图；(d)裸铝、底层和复合涂层的冰粘附强度。
表面结霜动态过程
传统热交换器(a)和涂覆复合涂层热交换器(b)表面结霜的动态过程。
数据来源与出处
相关研究成果发表在最新一期的《Progress in Organic Coatings》上。
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