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乐鱼kb体育ITEWA团队提出基于结构化光热储能超疏水表面的先进防结冰技术

近日,乐鱼kb体育王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA (Innovative Team for Energy, Water & Air) 联合北京科技大学和清华大学在Advanced Materials上发表了题为Advanced Anti-Icing Strategies and Technologies by Macrostructured Photothermal Storage Superhydrophobic Surfaces的前瞻论文,综述了超疏水表面防结冰研究的最新进展,剖析了超疏水表面防结冰技术面临的问题,提出了构筑多功能集成的结构化光热储能超疏水表面实现全天高效防冰的策略,推动先进防结冰技术的发展。北京科技大学褚福强副教授与乐鱼kb体育制冷与低温工程研究所博士后胡志锋为论文共同一作,北京科技大学冯妍卉教授、清华大学吴晓敏教授和乐鱼kb体育王如竹教授为共同通讯作者。

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结冰,是一类常见的相变现象,广泛存在于日常生活和工业过程中,但其每年都会对能源动力、航空航海、基础设施等领域带来巨大的经济损失,造成严重的安全威胁。依赖表面本身防除冰能力的被动式防结冰技术,因其低耗能、高效率、环境友好的优点展现巨大潜力,其中超疏水表面防结冰技术由于其广泛的适用性广受关注。

论文围绕超疏水表面防结冰技术,介绍了超疏水表面的防冰原理,讨论了超疏水表面在实际场景中的优缺点,回顾了当前发展的结构化超疏水表面(利用表面宏观结构调控液滴运动)和光热超疏水表面(利用光热效应提升低温下表面防冰能力)两类表面防冰的局限性。结合研究团队最新研究成果,将超疏水材料、光热材料和相变材料集成于同一表面,提出结构化光热储能超疏水(MPSS)表面的设计策略,有效提升表面的全天防冰能力,并指出了MPSS表面防冰的未来研究方向。

MPSS表面构筑多重防线以实现各类应用中的全天高效防冰:(1)以超疏水表面为载体,利用超疏水表面本身抑制成核、降低粘附的防结冰特性;(2)结合仿生结构设计,调控液滴运动,弱化固液接触,强化液滴脱离,进而增强表面防结冰能力;(3)利用光热效应,通过光热转化使表面升温,避免低温条件下表面超疏水性的失效;(4)借助相变材料能量存储、稳定控温的特性,解决不同条件下光热效应能量供需不平衡问题。

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论文基于多功能协作的思路建立了全天防冰超疏水表面的设计框架,建议引入相变材料来弥补光热超疏水表面的应用局限,并强调表面结构设计对液滴操作的重要性,将合理的表面结构设计、光热材料调节和相变材料选择相结合。该框架可以启发相关研究工作者改进或开发先进的超疏水表面防冰技术。

乐鱼kb体育王如竹教授领衔的ITEWA交叉学科创新团队致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术,旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案,推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Science、Nature Review Materials、Nature Water等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文。

论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402897

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