引用格式：
Yang D, Zheng Y, Li J, et al. Anisotropic Icephobic Mechanisms of Textured Surface: Barrier or Accelerator?[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024.
由于对航空、风力发电和其他现代工业的经济和安全挑战，结冰问题越来越受到关注。人们已经努力开发各种减冰技术，如通过引入外部能量或化学物质的主动方法和被动疏冰表面。疏冰表面是被动防冰方法的主要分支之一，其目的是在不涉及任何液相表面的情况下获得低冰粘附强度(<100 kPa)或延迟冰成核。干燥的憎冰表面的普遍可接受的憎冰原理包含三个基本事实。在光滑表面上引入低表面能材料，如含氟材料或基团，是第一种途径。由于表面能低，表面疏冰性和疏冰性增强。大量研究报道了这种表面的冰附着强度与表面润湿性之间的良好相关性。然而，一些出版物指出，当冰的粘附强度达到一定的瓶颈值(约为100 kPa)时，这种方法很难进一步降低冰的粘附强度。第二种途径是结合先进的表面纹理设计和表面功能化。第三种方法是部署弹性组件，例如单相甚至多相弹性涂层。冰与表面之间的弹性不匹配导致了裂缝的萌生和扩展，显著削弱了冰的黏附力。
为了探索各向异性润湿性、冰核和冰分离行为，通过表面功能化的简单冲压方法，提出了一系列具有不同织构取向的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基涂层。通过润湿性评价发现了各向异性疏水/疏冰现象和机理，并通过结冰/除冰实验进行了实验研究，最后通过微观数值模拟进行了验证。采用单向方差分析(One-way ANOVA)分析了表面纹理对疏水/疏冰性能的影响，有助于理解各向异性现象。利用原位环境扫描电镜(ESEM)表征了织构涂层上典型的各向异性冰核和生长。通过数值模拟研究了冰/涂层界面的微观应力响应，进一步验证了冰/涂层界面的局部化、放大和传播应力。根据不同的表面条件，验证了理论各向异性响应、屏障效应和加速效应来解释各向异性润湿性和疏冰性。本研究揭示了织构型憎冰表面各向异性憎冰机理的基本原理，为被动憎冰表面的研发提供了基础。
图1. 用冲压技术制备纹理化PDMS涂层的工艺示意图。
图2. (a)冰附着强度测量装置;(b)冰附着强度测量中不同外剪切力(垂直与平行于织构方向)的示意图。
图3. 通过扫描电镜(SEM)表征了织构PDMS涂层的表面微结构，其谷值分别为(a) 10 μm、(b) 5 μm、(c) 2.5 μm和(d) 0.5 μm。
图4. (a)各涂层的WCA， (b)推进接触角，(c)后退接触角，(d) CAH;(e)光滑和织构PDMS和pots处理涂层的各向异性SA;(f)光滑和织构的pots处理涂层的各向异性SA。事后检验的组显著性P也用红/绿线和值列在每个图中。
图5. (a)各种结冰过程，(b)水滴结冰实验的结冰时间(单因素方差分析)，(c) 10 μm纹理PDMS涂层上的水凝结，(d−f)原位ESEM表征的各向异性冰核、生长和桥接。
图6. (a)光滑涂层、(b)未润湿10 μm涂层和(c)半润湿10 μm涂层(润湿深度为0.25 μm)冰底表面和选定表面线(橙色虚线)的应力分布。
https://doi.org/10.1021/acsami.4c08004
相应的成果以“Anisotropic Icephobic Mechanisms of Textured Surface: Barrier or Accelerator?”为题发表在ACS Applied Materials& Interfaces上，文章第一作者为杨德雨博士后，通讯作者为侯向辉教授。
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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