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引用格式：
Yue Zhao, Wenzhou Liu, Yu Du, Jun Tong, Heng Xie, Ting Wu, Jinping Qu. Anti-Frosting and Defrosting Fins with Hierarchical Interlocking Structure for Enhancing Energy Utilization Efficiency of Heat Exchanger[J]. Small, 2024.
空调作为现代生活不可缺少的组成部分，每年消耗大量的电力.在翅片表面上的霜、灰尘和水的积累阻碍了热交换过程的效率，从而降低了空调系统的效率。为了解决这些局限性，本文提出了一种大规模的和具有成本效益的方法相结合的压缩成型，化学蚀刻，喷涂制造铝鳍（HMNA）与层次联锁结构。HMNA具有出色的耐久性、被动和主动防冰、防霜和防雾以及与强大的超疏水性相关的自清洁能力。分级互锁结构有效地提高了HMNA的物理和环境耐久性。最重要的是，HMNA翅片组装式换热器的结霜时间与传统的Al翅片换热器相比显著延迟了700%，而霜层厚度减少了75%。这大大降低了启动制冷循环的频率，从而有效地提高了空调系统的效率。该方法可经济、批量地生产HMNA翅片，为低能耗空调系统的开发提供了一个很好的选择。
图1.a）制造程序和B）HMNA的特性。
图2.a）蚀刻的Al片的SEM图像。蚀刻前和蚀刻后Al片B）和c）的元素分布。d）MNA和e）HMNA的SEM图像。f）元素分布和g）HMNA的形貌。h）FTIR光谱，i）XPS光谱，j）XRD光谱，和k）Al、MNA和HMNA的厚度。
图3.a）样品的RA和CA。B）HMAN润湿性的热稳定性。c）10 μL水滴在Al表面和HMNA表面上冻结的典型图像。d）冰附着力试验及冰附着强度示意图。（e）1 Sun辐照下Al和HMNA的温度-时间曲线和典型图像。g）Al和h）HMNA表面的光热除冰图和过程。i）Al和HMNA的防结霜和除霜工艺。
图4.CA和RA在a）结霜-熔化循环，B）胶带剥离，c）砂纸磨损，和d）高-低温循环期间。HMNA在经历50次e）结霜-熔化、f）胶带剥离、g）砂纸磨损和h）高-低温变化循环后的SEM图像。HMNA在经受50次循环f）结霜-熔化、j）胶带剥离、k）砂纸磨损和l）高-低温变化后的EDX光谱。m）HMNA的耐候性。n）HMNA的物理耐久性机制。
图5.a）温度-时间曲线和B）传热试验中Al翅片和HMNA翅片的典型结霜图像。在c）90%RH和d）50%RH条件下，Al翅片和HMNA翅片的霜厚-时间曲线。（e）铝翅片和高锰纳翅片的温度-时间曲线。f）Al翅片和HMNA翅片的结霜-解冻稳定性。g）防霜除霜机构示意图。
受大坝防护林固土效应的启发，本工作提出了一种方法，该方法集成了压缩成型，化学蚀刻和喷涂，用于大规模制造具有分层互锁结构的HMNA翅片。HMNA具有优异的润湿稳定性，其特征在于CA为159 ± 1°，RA为7 ± 2°。强大的超疏水性赋予鳍片被动和主动防冰，防霜，防雾和自清洁能力。更重要的是，HMNA在经历诸如结霜-熔化循环、胶带剥离循环、砂纸磨损循环和高低温循环的耐久性测试后保持足够的疏水性，并且其经受暴露于阳光、强风、酸性和碱性液体、泥水和生锈的水。这确保了其在实际应用中的长期有效性和稳定性。最终，与传统的铝翅片换热器相比，HMNA翅片组装式换热器结霜时间延长了700%，霜层厚度减少了75%左右，且经过三次结霜循环后仍有效，有效提高了换热效率，验证了其在实际应用中的可行性。本文提出的HMNA翅片的经济、规模化制造方法为降低空调能耗提供了一种非常有前途的解决方案。
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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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