广西大学刘黎明《AFM》：新型抗冰网格在极端环境中大放异彩‌！

材料科学与工程 · 公众号 · 互联网短视频科技自媒体 · 2025-06-18 09:00

主要观点总结

广西大学跨尺度功能表界面科研团队通过模仿大自然的珊瑚和山体边坡结构，成功研发出一种具有机械耐久、弱光除冰与自发脱湿功能的抗冰网格（AIM）。这一创新成果以涡扇发动机进气网罩的防冰需求为导向，为航空、通信网络和电力线路等领域的抗冰难题提供了新的解决方案。研究成果发表在《Advanced Functional Materials》上。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

极端气候条件下的结冰现象威胁航空、电力等基础设施安全，基于超疏水表面的防冰技术存在冰-固互锁、融冰后粘滞和力学失稳等瓶颈。

关键观点2: 研究灵感

研究从自然界珊瑚的光热特性和山体边坡加固结构的力学稳定性获取灵感，致力于开发兼具高效除冰、自发脱湿和超强耐久性的新型防冰材料。

关键观点3: 研究成果

成功研发出抗冰网格（AIM），具有光热除冰、自发脱湿功能和超强耐久性，能够在弱光下快速除冰，并具备出色的机械稳定性和耐候性。

关键观点4: 应用前景

AIM的功能性和实用性兼具，可大规模生产，具有广阔的应用前景，为防冰领域带来新突破。未来有望拓展至更广泛的低温环境应用场景。

关键观点5: 支持信息

论文第一作者为河南工业大学张坤博士，通讯作者为广西大学刘黎明助理教授。研究得到了多个基金项目的支持。

正文

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网格还具备自发脱湿功能。在冰融化过程中，网格表面结构间隙的 “ 空气泡 ” 会在马兰戈尼力的作用下恢复，推动固液界面向微纳米结构的顶部迁移，从而实现从 Wenzel 态到 Cassie -Baxter 态的转变，使网格表面重新获得超疏水性能。这一过程通过表征界面接触线长度和冰滴接触角变化得到证实（ Supporting Information ）。

图 4 防冰性能和自发脱湿机理。 a ）不同网格面积的 AIM 表面除冰强度和冻结时间的变化和比较，以及相应的原始金属网； b ） AIM-0.018 表面冰霜的自发脱湿过程； c ） AIM-0.018 的光热除冰性能、红外温度变化和 Cassie 润湿性的恢复； d ） AIM 表面液滴冻结和熔化过程，以及 AIM-0.018 表面除冰 / 脱润湿机理的润湿性转变模型。

超 强力学稳定性 ，无惧磨损

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如图 5 所示， AIM 突破了超疏水表面微纳结构易损伤的瓶颈。 AIM 在经历 10,000 次标准化（ ASTM D4060 ）磨损循环后，即在动态载荷（法向压力 20-30 kPa ）下磨损距离为 538 m 时，其表面滚动角仍保持在 8° 。进一步，通过摩托车碾压、刀刮、 2 年的户外耐候性和 400℃ 高温测试，这网格就像打不死的小强，功能效果依然坚挺！通过定量评估微观形态演变和界面润湿状态，建立了界面损伤数学模型并分析了磨损距离与表面润湿性之间的依变关系。