铝合金表面可控微纳复合结构疏冰特性研究

铝合金表面结冰问题普遍存在并给飞机、输电线路和制冷设备换热器等重要设备的安全与稳定带来隐患，不可控或一级粗糙结构表面超疏水化技术仍不能有效预防。本项目将结合微米结构图案化技术和纳米结构水热合成法，提出在铝合金表面构建可控微纳复合结构的独特制备工艺。将率先开展微纳复合结构超疏水冷表面上静态水滴、撞击水滴和凝结水滴的结冰特征研究，并基于经典异相形核理论、一维传热模型和水滴撞击动力学等知识，建立润湿性、冷面温度、水滴能量和湿度与结冰特征的对应关系，探明微纳复合结构表面的疏冰特性，为疏冰铝合金表面的结构设计和可控制备提供依据。通过上述研究，将进一步完善超疏水表面疏冰特性的基础理论研究，为实现超疏水表面在铝合金疏冰领域的应用提供新的思路，具有重要的科学意义和重大的应用前景。

在国家自然基金的资助下，针对铝合金、铜、钢铁等常用金属表面的结冰问题，本项目基于化学、电化学、非传统加工技术及其复合技术，在金属表面获得了微米、纳米结构，提出了多种结构的可控制备技术及工艺参数。再结合气相沉积、液相改性等方法，接枝低表面能有机材料，赋予了金属超浸润性。通过表面形貌、尺寸、组成、成分等综合物理化学性质研究，解释了工艺-结构之间的对应关系及内在实质。接着，考察了表面物理化学性质对润湿性的影响，并对获得的表面进行自洁、耐蚀性、机械耐久性、化学稳定性等多种性能评价，开发了一系列实用的表面微纳结构及超疏水表面构建技术。开展了超疏水冷表面上静态水滴、撞击水滴和凝结水滴的结冰特征研究，并基于经典形核理论等热力学知识，探明了各类微纳结构的疏冰特性，可为疏冰表面的设计和制备提供了有价值的参考。