表面結(jié)冰問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著眾多行業(yè)，從飛機(jī)機(jī)翼、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片到高壓電線，覆冰都會(huì)干擾其正常運(yùn)行，甚至引發(fā)設(shè)備損壞。盡管傳統(tǒng)防覆冰方法在一定程度上能防止冰雪積聚，但涂層易損、極端天氣下效果減弱等弊端仍難以避免。

近期，《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》在線發(fā)表了電子科技大學(xué)材料表面科學(xué)中心博士生楊邱程、鄧旭教授和楊金龍副研究員的成果，該研究借鑒人類皮膚的自然結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地研發(fā)出了一種名為“堅(jiān)韌皮膚防覆冰表面”的新型防冰技術(shù)。

人類皮膚的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是柔軟的真皮和皮下組織，而外面有一層保護(hù)性的硬質(zhì)表皮。當(dāng)皮膚受到外力時(shí)，表皮會(huì)變形，形成褶皺，幫助皮膚更好地應(yīng)對(duì)壓力。研究人員通過(guò)模仿這一自然現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出了一種具有類似“皮膚”結(jié)構(gòu)的防覆冰表面。通過(guò)將薄而堅(jiān)硬的表面薄膜與柔軟基底結(jié)合，在覆冰時(shí)誘發(fā)表面不穩(wěn)定性，從而使硬質(zhì)表層因界面失穩(wěn)而產(chǎn)生皺褶，形成微小裂縫，這些裂縫削弱了冰與表面的連接，使得覆冰更易被剝離，降低了除冰的難度和能耗。

基于多尺度褶皺的耐用防覆冰材料設(shè)計(jì)策略和效果

研究人員深入探討了該表面在兩種尺度上的防覆冰機(jī)制，并提出了大皺紋與小皺紋相結(jié)合的設(shè)計(jì)策略。大皺紋在覆冰邊緣引發(fā)裂縫，發(fā)揮“界面破裂”作用；小皺紋則加速裂縫的擴(kuò)展，促使覆冰更容易完全脫落。通過(guò)這一設(shè)計(jì)，冰與基底的粘附力顯著降低，覆冰能夠在自身重力的作用下自動(dòng)脫落，無(wú)需外力干預(yù)。

同時(shí)，得益于堅(jiān)韌的表層材料設(shè)計(jì)，這種防覆冰表面不僅適用性強(qiáng)，而且耐用性卓越。它能長(zhǎng)期保持低覆冰力，對(duì)風(fēng)雨、日曬等外部因素具有強(qiáng)大的抵抗力，在各種嚴(yán)酷環(huán)境下持續(xù)發(fā)揮作用。

“堅(jiān)韌皮膚”防覆冰表面的適用性和耐候性

“堅(jiān)韌皮膚”防覆冰技術(shù)為解決覆冰問(wèn)題提供了全新思路。通過(guò)模擬皮膚的自然應(yīng)力響應(yīng)機(jī)制，這項(xiàng)技術(shù)有效的減少了覆冰，為設(shè)備提供了長(zhǎng)期、可靠的防護(hù)。該技術(shù)有望在更多行業(yè)得到應(yīng)用，助力解決覆冰積聚帶來(lái)的諸多困擾，獲得更持久、更高效的防護(hù)，確保在惡劣天氣下的正常運(yùn)行，減少因冰雪積聚造成的停工和損壞。

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A skin-inspired durable de-icing surface with boosting interfacial cracks. National Science Review. doi: 10.1093/nsr/nwaf005