结冰是一种自然现象，它给人们带来美景和欢乐冰雪运动的同时，也会造成了生命和财产的损失。传统的除冰方法效率较低，能耗大，成本高，甚至会给环境带来污染。为进一步解决积冰问题，对固体表面进行操作，使其表面具有超疏水防冰的微纳结构形态，这是一种对环境无害、经济、高效的防冰除冰方法。本文首先从冰的2种形成机理—均相成核和非均相成核进行了阐述，并介绍了液体在固体表面上的润湿现象。在此基础上，根据微纳结构防冰机理，分别综述了在固体表面结冰的前、中、后不同时期的最新防冰除冰策略。最后，对于如何提高微纳结构表面的耐久性进行了总结，对有关这些问题的最新研究成果进行了归纳和讨论，并对今后微纳结构表面防冰除冰的研究进行了展望。
超疏水生物表面及其表面微纳结构
非对称阶梯槽中凹槽-边缘触发的液滴定向跳跃的高速延时图像
光热防冰材料的微纳分级结构光线追迹及光热防冰除冰机理
铝（Al）、碳布（CC）、硅烷化处理碳布（ST@CC）和超疏水光热碳基材料（ST@CA/CC）表面冻结液滴的光热除冰过程
重复结冰/除冰循环的冰黏附强度
不同加工步骤中的表面形态
被动防、除冰策略在通信设施、电力输送等领域具有重要应用价值。受自然界动植物启发，微纳结构表面是被动防冰的有效手段，原理包含液滴回弹和自去除、延长冻结时间、降低冰的附着强度。在目前的研究中，典型防除冰性能包括利用微纳结构表面可显著提高回弹效率、减少回弹时间；在一定的环境条件下，可延长冰的冻结时间高达 97 min，积冰能在 100 s内融化；合理的微纳结构表面相比于同材料的光滑表面，冰的黏附力可降低 93%。
微纳结构表面防冰的目的是弥补传统主动防冰除冰技术的不足，而不是完全取代或消除传统防、除冰技术。目前，微纳防除冰相关技术已经在高压输电领域实际应用，但是还面临耐久性差、制造困难、表面修饰剂昂贵且不环保等问题。这些被动式防冰方法很多仅处于实验室试验阶段，基于微纳结构的被动防冰技术有待改进，才能生产出易于大面积制备、成本低、对环境友好和耐用的防冰表面。在此基础上，再进行如自修复、可灵活应用、多功能防冰表面的研究，完善微纳结构防冰表面，使之具有更长的寿命，并能抵抗更恶劣的环境条件。相信在不久的将来，用于道路、输电线路、飞机、船舶、风力涡轮机叶片等方面的微纳结构防冰表面将会出现更多具有突破性的研究成果。
周嘉鑫, 李理, 张彤, 等. 微纳结构表面防冰研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(11): 100-116.
ZHOU Jiaxin, LI Li, ZHANG Tong, et al. Advances in Surface Anti-icing of Micro-nano Structure[J]. Surface Technology, 2024, 53(11): 100-116.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
