低温下超疏水、低黏附高分子防结冰材料的构筑和表征

结冰现象广泛存在于低温制冷、低温液体储运及航空航天等领域中的冷表面上，经常导致高能耗或灾难性事故的发生。科研人员已经认识到材料表面的浸润性能影响冰的形成，研究发现超疏水表面可延缓冰的成核。目前的研究工作主要围绕着室温下的超疏水表面对冰形成的影响而展开的。但是，表面的浸润性随表面温度变化而改变，多数室温下的超疏水表面在温度下降时会变得不再超疏水。同时，冰通常是在表面温度低于0 ℃的冷表面上生成。因此，构筑和表征低温下（低于0 ℃）的超疏水、低黏附高分子表面对防结冰材料的研究具有重要意义。本项目将在高分子表面上构筑不同结构，表征其低温下浸润性和黏附力，建立材料表面的化学组成和微观结构及温度与浸润性和黏附力的关系。本项目的目标是构筑低温下对过冷水具有超疏水、低黏附的高分子表面，使冷凝到这些表面上的过冷水滴能迅速从高分子冷表面上离开，实现该表面上无水，最终为防结冰材料的研发提供理论依据。

结冰现象广泛存在于低温制冷、低温液体储运及航空航天等领域中的冷表面上，经常导致高能耗或灾难性事故的发生。超疏水表面材料有可能使其表面的水滴在结冰前被移除，从而提供了一种防冰材料的思路。目前的研究工作主要围绕着室温下的超疏水表面的防冰性能开展研究。但是，表面的浸润性随表面温度变化而改变，多数室温下的超疏水表面在温度下降时会变得不再超疏水。同时，低温表面上的冷凝不可避免且普遍存在。因而研究冷凝水的快速自发移离表面是超疏水防冰材料的切入点。本项目受孢子与冷凝水合并后能自发移离表面的启发，研究了表面与冷凝水的黏附与冷凝水移离表面效率的相互关系，发现冷凝水与材料基底的黏附是控制冷凝水合并后移离表面的一个重要因素。同时，通过在超疏冷凝水表面引入微米结构，实现了对冷凝水具有更低黏附的表面材料，并发现这种材料具有更好的防冰性能。另外，通过引入各向异性微米结构，实现对冷凝水具有各向异性黏附的表面，用以控制冷凝水移离表面的方向，进一步为防冰材料的设计提供了方案。