四川大学高分子材料工程国家重点实验室周涛教授Chemical Engineering Journal：聚合物上具有高低交错结构的坚固超疏水氧化铜层，可实现强力防冰和全天除冰
引用格式：
Xu H, Luo P, Wang J X, et al. Robust superhydrophobic copper oxide layer with high-low staggered structure on polymers for strong anti-icing and all-day de-icing[J]. Chemical Engineering Journal, 2024: 156332.
图 1(a)三叶草的照片和SEM图像。(b)磨损前三叶草的SEM图像。(c)磨损后三叶草的SEM图像。(d)用于防冰和全天除冰的超疏水氧化铜层的示意图，CuO-F-60的插入SEM图像。(e)超疏水氧化铜层的制备过程示意图。(f)355 nm紫外激光参数的方阵（最大功率：5 W）。(g)激光激活后铜层上的矩阵图案的照片。(h)ECP后铜层上矩阵图案的照片。(i)化学氧化和浸没在PFTS中后铜层上的矩阵图案的照片。(j)La-60、La-100、CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的静态润湿性。(k)La-60、La-100、CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的表面粗糙度。
图 2（a）La-60，比例尺：100 μm，5 μm;（B）La-100，比例尺：100 μm，5 μm;（c）Cu-60，比例尺：100 μm，5 μm;（d）Cu-100，比例尺：100 μm，5 μm;（e）CuO-F-60，比例尺：100 μm，5 μm，1 μm和（f）CuO-F-100表面，比例尺：100 μm、5 μm、1 μm。（g）CuO-F-60，比例尺：100 μm和（h）CuO-F-100表面，比例尺：100 μm的EDS绘图图像。
图 3.(a)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的结冰延迟时间（Td）。(b)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的CA与温度的关系。(c)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的冰粘附强度。(d)结冰过程的示意图。(e)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面上的液滴结冰延迟过程，比例尺：1 mm。（f）CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的静态防霜保护，比例尺：5 mm。
图 4(a)超疏水铜层表面光热除冰示意图。(b)Cu-60、Cu-100、CuO-F-60和CuO-F-100表面在400-2600 nm区域的吸收光谱。(c)具有光热效应的CuO-F-60和CuO-F-100表面的示意图。(d)在一个太阳照射下的CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的IR热图像，比例尺：5 mm。（e）在一个太阳照射下的CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的表面温度变化。(f)CuO-F-60表面在一个太阳照射下反复加热-冷却循环下的温度变化。(g)CuO-F-60表面在不同强度太阳辐照下的表面温度变化。(h)CuO-F-60、CuOF-100、Cu-60和Cu-100表面的光热融冰时间。(i)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面上的液滴的光热除冰熔化过程，比例尺：1 mm。（j）熔化过程的示意图。(k)CuO-F-60表面在一个太阳照射下以一定角度放置的IR热图像，比例尺：5 mm。
图 5(a)在没有光的情况下，在超疏水铜层的表面上的除冰的示意图。(b)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的表面平方电阻。(c)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面在5V施加电压下的表面温度变化。(d)CuO-F-60表面在3、4和6 V外加电压下的表面温度变化。(e)CuO-F-60在5V施加电压下重复加热-冷却循环中的温度变化。(f)CuO-F-60和CuO-F-100表面的电热结冰熔化时间。(g)CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面上的液滴的电热结冰熔化过程，比例尺：1cm。(h)施加5 V电压时CuO-F-60、CuO-F-100、Cu-60和Cu-100表面的红外热图像，比例尺：2 mm。（i）弱光下超疏水铜层表面的光热和电热除冰示意图。(j)不同太阳强度和电压条件下CuO-F-60表面的防冰效果。(k)CuO-F-60表面防冰、光热和除冰性能的雷达图与其他报告中的雷达图比较。
图 6(a)CuO-F-60和CuO-F-100表面的胶带剥离试验。(b)在CuO-F-60和CuO-F-100表面上进行砂纸磨损试验。(c)CuOF-60和CuO-F-100表面的砂流磨损试验。(d)CuO-F-60和CuO-F-100表面的光热除冰循环试验。(e)CuO-F-60和CuO-F-100表面的电热除冰循环试验。(f)磨损后CuO-F-60表面的SEM图像。(g)CuO-F-60表面的水平燃烧试验照片。(h)燃烧后CuO-F-60表面润湿性的照片。(i)磨损后CuO-F-100表面的SEM图像。（j）CuO-F-60和（k）CuO-F-100表面在磨损之前和之后的示意图。
在这项工作中，一个强大的超疏水铜氧化物层，CuO-F60，制备LISM除冰和全天防冰。CuO-F-60表面的高低交错结构赋予表面优异的疏水性、光捕获能力和高电阻，使得表面具有上级延迟除冰、光热除冰和水热除冰能力。CuO-F-60表面的结冰时间在-15 ° C下高达1374 s，是LISM制备的常规铜层Cu-100的8.23倍。CuO-F-60表面在400-2600 nm区域的表面吸收高达97%，在1.0太阳强度下600 s后表面温度可达67.6 ℃。此外，CuO-F-60表面具有约1610.40 mΩ/sq的方阻，并且在施加5 V的电压下，表面可以在420 s后升温至57.3 ℃。因此，在−15 ℃环境下，表面光热除冰时间和光热除冰时间分别为159和186 s。通过光热除冰与表面除冰相结合的方法，CuO-F-60表面可以实现全天除冰。此外，由于CuO-F-60表面的高低交错结构，当表面被磨损时，只有凸起区域的氧化铜纳米花被破坏，而凹陷区域的氧化铜纳米花结构被保护。因此，CuO-F-60表面具有优异的机械坚固性，使其适合长期用作防冰和除冰材料。此外，CuO-F-60表面可以以相对低的成本制备。在不久的将来，探索基于LISM技术的CuO-F-60大规模应用的可扩展性将是一个有趣的途径。该研究为在聚合物表面制备抗覆冰和全天除冰的氧化铜超疏水材料提供了指导，具有良好的应用前景。
相应的成果以“Robust superhydrophobic copper oxide layer with high-low staggered structure on polymers for strong anti-icing and all-day de-icing”为题发表在Chemical Engineering Journal上，文章通讯作者为四川大学周涛教授。
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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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