背景介绍
结冰是低温环境中常见的自然现象，当温度低于0°C，水就会由于过冷而结冰。冰在不同气象条件下可形成雪、雾凇等美丽的自然景观。然而室外基础设施如通信设备、电缆、交通设施、生产设备等表面的结冰/结霜会严重影响其效率和安全性。为了解决防除冰问题，目前常用方法主要包括机械除冰、化学除冰、电热除冰等。然而，这些传统防除冰方法成本高、耗能大，并且会对环境造成污染。因此，开发更加有效、环保的防/除冰策略至关重要。近年来，研究学者受到“荷叶效应”的启发，提出了利用超疏水性促使液滴和冰快速从表面滑落的方式实现防除冰。在此基础之上，超疏水与光热转换协同作用的光热超疏水表面作为一种新型的防/除冰技术受到越来越多研究者的关注。光热效应使光热超疏水表面温度维持在冰点以上，同时超疏水性延缓了表面的结冰、结霜速率,强化液滴的脱落。
然而，大多数关于光热超疏水表面的研究忽视了一个关键的问题——在结冰和融化过程中液滴的润湿性转变。在低温高湿环境中，液滴可能会“渗透”表面结构，导致从Cassie状态转变为Wenzel状态。处于Wenzel状态的冰滴在融化后可能无法恢复Cassie状态，并阻碍了融化液滴的快速滑落。因此，在融化过程中实现自发去湿转变对于提高光热超疏水表面的防/除冰性能至关重要。
图1 制备与表征：(a) E/O@TiN制备流程图。 (b) Etching、E/O 和 E/O@TiN
表
面
SEM图像；(c) SS 304、Etching、E/O和E/O@TiN的太阳波段吸收率和接触角；(d) 不同入射角下的太阳波段吸收率（2°到60°）；(e) E/O@TiN的防/除冰示意图；(f) E/O@TiN的光学图像；(g) SS 304、E/O和E/O@TiN的XPS能谱。
图2 表面润湿性与光热性能调控：(a)不同蚀刻时间下E/O@TiN的润湿性和(b)吸收光谱；氧化温度-时间为500℃-2h，旋涂次数为3次；(c)不同氧化温度下E/O@TiN的吸收光谱，蚀刻时间为30min，旋涂次数为3次；不同旋涂次数下E/O@TiN的(d)表面润湿性和(e)吸收光谱，蚀刻时间为30min，氧化温度与时间为700℃
和
2h。
图3 结冰和融化过程中液滴的润湿性变化：(a) E@TiN、(c) TiN和(e) E/O@TiN表面在结冰和融化过程中的接触角图像；(b) E@TiN、(d) TiN和(f) E/O@TiN表面上液滴在结冰和熔化过程中的接触角变化趋势，蓝色和橙色箭头分别代表结冰和融化的方向；(g)融化过程和自发去湿转变示意图；(h)熔融过程中液滴底部气泡的动态行为，红色箭头表示气泡的运动方向。
图4 动态光热除冰和防冰性能：(a)动态光热除冰试验（橙色数字代表倾斜角度）；(b)防冰试验。
引用格式：F. Zhang, H. Yan, M. Chen*, Multi-Scale Superhydrophobic Surface with Excellent Stability and Solar-Thermal Performance for Highly Efficient Anti-Icing and Deicing. Small 2024, 2312226. https://doi.org/10.1002/smll.202312226
