超疏水涂層防覆冰技術研究進展

陳小東，胡麗娜，杜一枝

(新疆大學電氣工程學院，新疆 烏魯木齊 830017)

1 前 言

隨著特高壓直流輸電技術的突破和新能源并網需求的增多，電力設備數量激增，設備表面凝露[1，2]、覆冰現象降低了電網供電能力，給電網的檢修維護提出巨大挑戰。

在國內外學者的不斷探索下，目前主要有2種思路來應對電力設備的防覆冰問題：除冰和防冰[3，4]。除冰方法包括：機械除冰法[5，6]、熱力除冰法[7-9]、電磁除冰法和超聲波除冰法[10]、化學除冰法[11，12]。防冰方法包括被動除冰法以及其它方法[13]。被動除冰方法是指涂覆電熱防冰材料[14，15]和光熱防冰材料[16，17]，這種方法會導致電線中有泄露電流，且增加線路損耗。近10年來，隨著仿生涂層材料的發展[18]，研究人員從單一的除冰或防冰開始走向“防-除并舉”，著重于防。

受“荷葉效應”啟發，1996年Onda等[19]在玻璃板上用烷基烯二聚體制備粗糙表面，并在其上涂覆低表面能材料，首次獲得了人工超疏水表面，為超疏水涂層的制備提供重要思路。該涂層使液滴難以附著于表面，在很大程度上減少了表面結冰概率和結冰量。圖1列舉了自然界中超疏水涂層的例子[20-23]。全力挖掘超疏水涂層在防覆冰領域的潛力，對我國“雙碳”目標的實現具有重大意義。

圖1 自然界中超疏水涂層的例子：(a)蓮葉[20]，(b)鼠尾草表面[21]，(c)蝴蝶翅膀[22]，(d)壁虎足底[23]Fig.1 Examples of superhydrophobic coatings in nature：(a) lotus leaf[20]，(b) sage surface[21]，(c) butterfly wings[22]，(d) gecko foot[23]

目前研究現狀表明，還沒有一種材料可以完全解決如低溫高濕等的復雜環境中的積冰問題，現有關于超疏水涂層的研究多數處于實驗室階段。因此，本文從超疏水涂層的防覆冰機理著手，重點綜述超疏水涂層防覆冰性能的主要影響因素，探討與工程實際應用環境的差距，總結當前設計方案的局限，同時針對超疏水涂層機械穩定性差這一問題，闡述提高涂層魯棒性的設計與制備方法的最新進展。本綜述希望為適應復雜環境的超疏水涂層的設計提供支撐，加快工業化進程。

2 超疏水涂層防覆冰機理

表面結冰從宏觀上可分為3個階段：首先是水蒸氣或小液滴在冷表面凝結；其次是過冷液滴結冰；最后是液滴完全凍結，固態冰繼續增長[24，25]。超疏水涂層的防覆冰機理可從3個方面闡釋：一是超疏水涂層表面的過冷液滴滑落[26]；二是超疏水涂層表面可延緩液滴結冰過程[27，28]；三是超疏水涂層的低表面能可降低冰與基底的粘附力[29，30]。

2.1 過冷液滴滑落

超疏水涂層具有微納米粗糙結構及低表面能物質，液滴在表面呈Cassie-Baxter狀態[31]，此狀態下，液滴與表面粗糙結構之間存在“空氣墊”，這些空氣墊起到“托舉”作用，減小了液滴與表面的接觸面積。相較于親水和疏水表面，當液滴撞擊到超疏水表面或液滴受到外力時，在-25 ℃左右液滴出現明顯的收縮和反彈行為[32]，且最大限度地縮短過冷水與表面的接觸時間。但是在高濕度、接近露點溫度時，超疏水表面的接觸角降低，滾動角增加，這種液滴的彈跳效應可能無效[33]，因此在表面試驗時，要仔細考慮環境因素。除了“空氣墊”作用，冷凝形成的小水珠在超疏水涂層納米結構的毛細管力作用下逃逸出納米間隙，隨后與其他水珠結合成小水滴，該過程釋放的能量使得水滴發生自遷移[34]。由于“空氣墊”作用和自遷移現象，液滴在結冰之前會從超疏水表面滑落，從而大大降低表面的結冰概率和結冰量。圖2為液滴在超疏水表面的各種狀態。

圖2 液滴在超疏水表面的各種可能狀態：(a)Cassie-Baxter狀態，(b)液滴在表面滑落，(c)液滴彈跳Fig.2 Possible states of droplets on superhydrophobic coatings：(a) Cassie-Baxter state，(b) droplets sliding on the surface，(c) droplet bouncing

2.2 延緩結冰時間

經典成核理論中，均相成核能壘由式(1)計算：

(1)

式中，γ為冰和水的界面張力，ΔGV為單位體積冰和水的自由能之差?？紤]到外界因素對成核的促進作用，此時結冰為異相成核過程，成核能壘為[35]：

(2)

式(2)中，系數f(m，x)取值在0到1之間。對于表面的結冰現象，在一定的驅動力下，主要考慮表面形貌對成核能壘的影響[35]，即：

(3)

式(3)中，w=(1+x2-2xm)1/2，m=cosθ，x=r/rc，θ為冰核與表面的接觸角，r為成核促進粒子半徑，rc為結冰的臨界成核半徑。

研究表明，在一定的驅動力下，液滴在凸面成核時，基底曲率半徑越小，成核能壘越高；而在凹面成核時，剛好相反[36，37]。最近，作者課題組最新研究成果也證實了這一點[38]。除此之外，作者團隊從理論上確定了圓柱體表面液滴成核所需能壘，成核能壘處在平面、球面液滴成核能壘之間[38]。由于超疏水表面微納米粗糙結構的存在，使液滴的成核能壘高于普通表面，從而導致液滴結冰過程得到延緩。成核基底的形貌也影響成核速率，研究發現20 nm的顆粒尺寸設計比100 nm的顆粒尺寸設計具有更低的冰核形成速率[39]。

從傳熱角度分析，超疏水涂層粗糙結構中的空氣起到了“隔離”和“熱障”作用，導致傳熱速率大大降低(圖3[40])，減緩液滴在冷表面的成核以及成核后凍結峰的傳播[41]。

圖3 凍結液滴在不同表面的散熱過程示意圖[40]：(a)親水表面，(b)疏水表面Fig.3 Heat dissipation process schematics of frozen droplets on different surfaces[40]：(a) hydrophilic surface，(b) hydrophobic surface

超疏水涂層邊緣結冰現象也是表面結冰速率減緩的原因之一，由于超疏水涂層邊緣處熱力學相變驅動力大于中間，因此超疏水表面結冰是由邊緣逐漸向中間蔓延，減緩了整個表面結冰過程。圖4為超疏水銅表面的邊緣結冰現象[42]。

圖4 超疏水銅表面邊緣結冰現象[42]Fig.4 Icing on the edge of superhydrophobic copper surface[42]

2.3 降低冰與基底的粘附力

冰的粘附力是衡量超疏水涂層防覆冰性能的重要指標。從根本上說，冰與固體表面之間的相互作用包括長程的范德華力、短程靜電作用和界面微觀凸起的機械聯鎖[29]，水在表面上的吸附由粘合力和內聚力之間的平衡造成，水分子之間氫鍵以及水分子和襯底之間氫鍵的相對強度決定了吸附力的大小。超疏水表面具有鍵合強度較低的氫鍵位點，導致水分子之間的內聚力大于水對基體的粘合力，使得液滴與超疏水表面的接觸角較大，接觸面積較小[43]，從而降低表面冰的粘附力，許多研究也證實了這一點[44-46]。但也有學者發現，超疏水涂層在經過多次結冰—融冰實驗后，表面防覆冰能力減弱，原因是液滴體積膨脹破壞了表面微觀結構[47]。圖5為結冰導致超疏水表面微觀結構被破壞的示意圖。因此，對于超疏水涂層是否真正有利于減小冰的粘附有待進一步研究。

圖5 結冰導致超疏水表面微觀結構被破壞[47]Fig.5 Microstructure of superhydrophobic surface being destroyed by freezing[47]

除了上述3個方面，還要綜合考慮液滴中的雜質、表面化學性質、環境因素(溫度、濕度、風速)的協同作用，這樣問題也更加復雜，需要國內外學者展開更深入的研究。

3 超疏水涂層防覆冰性能的實驗研究

超疏水涂層在低溫高濕條件下是否具有良好的防覆冰性能，如較長的液滴凍結延遲時間和較低的冰粘附力，以及是否存在浸潤性的轉變，如由表面超疏水變為疏水，在學術界仍存在爭議，原因在于各個研究之間實驗條件不同。

成冰方式可分為：靜態結冰，即水蒸氣在基底表面冷凝結冰；動態結冰，即液滴撞擊冷基底表面凝結結冰。多數實驗研究以一定條件下超疏水涂層表面液滴結冰速度、結霜量以及冰附著力的大小，作為防覆冰性能的評判依據。總結近幾年國內外文獻發現，將防覆冰性能影響因素可分為2類：一類是環境因素，即溫度、濕度、液滴撞擊速度、風速；另一類是基底因素，即粗糙度、浸潤性、機械魯棒性。

3.1 環境因素

環境因素對超疏水涂層防覆冰性能的影響可分為三方面：一是對液滴結冰時間延遲的影響，多數研究表明超疏水涂層可以延遲液滴結冰；二是對基底上液滴潤濕狀態改變的影響，這直接關系超疏水涂層防冰、除冰性能；三是對動態結冰中液滴撞擊表面后動力學行為的影響。

3.1.1 溫度

液滴結冰過程伴隨著液滴與環境之間的熱傳遞，溫度不僅影響熱傳遞速率，也是構成成核能壘的關鍵因素。

2010年，周艷艷[48]開展了-7.5，-11.8，-21.1，-28及-35 ℃環境溫度下普通鋁表面、疏水鋁表面、超疏水鋁表面結霜試驗，結果顯示隨著溫度的降低，3種表面的結霜量都不斷增加，但在同一溫度下，超疏水鋁表面的結霜量相較于普通鋁表面有很大程度的減少，說明超疏水鋁表面具有很好的防覆冰性能。2011年，徐文驥等[49]測量了基體溫度為-5.2，-10.1及-14.2 ℃時普通鋁片和超疏水鋁片表面結霜質量和邊緣處結霜高度，發現隨著溫度降低，二者邊緣處霜高都相應增加且差異不大，但是處于同一基體溫度時超疏水鋁片表面的結霜質量較少，當完成50次結霜除霜實驗后，超疏水性能仍能保持。2014年，Hao等[50]探究了溫度對超疏水銅表面結冰、結霜行為的影響，發現基底溫度越低，樣品表面結冰、結霜速度越快。2015年，Ou等[51]在不同溫度下測量了親水、疏水和超疏水表面冰的粘附力，結果顯示隨著溫度的降低，冰在3種表面的粘附力均有所增加。但是對于超疏水樣品，其表面冰粘附力增加幅度比親水和疏水樣品更為明顯，這是因為溫度較低時，液滴滲透到微結構內部，與表面形成機械聯鎖。2015年，Shen等[52]研究了不同樣品表面液滴結冰時冰層生長速度與溫度的關系，結果表明冰層生長速度隨著溫度降低而增大，但是超疏水表面的冰層生長速度隨溫度降低的變化幅度相對較小，這歸因于超疏水表面緩慢增加的冰成核速率。2017年，Emelyanenko等[53]記錄了不同溫度下超疏水表面液滴彈跳效率，發現-17 ℃、濕度為75%時，超疏水橡膠表面的反彈效率達到100%；當溫度在-20 ℃下，彈跳效率達到70%，主要原因是隨著溫度的降低接觸面積和液滴擴散反沖時間顯著增加。

3.1.2 濕度

環境濕度對超疏水涂層表面結冰有促進作用且會增大表面冰的附著力，原因是當環境濕度較大，微小液滴在表面凝結成較大液滴，此時液滴壓力大于毛細管力，導致表面由原來Cassie-Baxter狀態過渡為Wenzel狀態，這一點被許多文獻提及[54，55]。圖6為濕度對表面液滴浸潤狀態的影響示意圖。

圖6 濕度增加促使液滴浸潤狀態改變Fig.6 Increase of humidity causing the change of droplet infiltration state

盧津強[56]報道了在相對濕度分別為50%，70%和90%條件下超疏水銅表面的結冰情況，發現環境濕度對超疏水涂層表面邊緣的結冰行為幾乎沒有影響，但隨著環境濕度增大，超疏水銅表面的結冰量逐漸增多，在與普通表面、親水表面的對照實驗中，超疏水表面在延遲結冰時間和減少結冰量方面都具有顯著優勢。Yin等[57]關注了在溫度為-10～30 ℃，濕度為10%，30%，60%及90%時自然荷葉與超疏水涂層表面接觸角和滾動角的變化，發現當表面溫度接近露點溫度且濕度較高(>60%)時，接觸角減小、滾動角增加，此時表面液滴狀態從Cassie-Baxter狀態變為Wenzel狀態，超疏水表面的浸潤性增加，當表面凝結水消失，超疏水性得到恢復。Wang等[33]發現當溫度為-10 ℃時，相對濕度從10%變化到90%，接觸角和滾動角從163°和6°變為138°和20°，這種變化必然與超疏水表面微納米結構中水的冷凝有關；除此之外，還探究了不同濕度條件下，10 μL過冷水滴從5 mm高度撞擊10°傾斜超疏水表面的動態行為，結果表明隨著濕度增加，回彈高度急劇下降，當相對濕度超過95%時，液滴無法在超疏水表面反彈。

3.1.3 液滴撞擊速度和風速

液滴撞擊速度直接影響超疏水表面Cassie狀態的穩定性、液滴與表面接觸后的動力學過程以及傳熱過程，如果液滴的速度較快，接觸超疏水表面時獲得的動能大，克服了表面微結構產生的毛細管力，從而穿透微結構中滯留的空氣，此時表面浸潤性將大大增加[58]。同時，撞擊速度越快，液滴在表面的擴散系數越大，結冰越迅速[59]，而且與底層固體的接觸面積增加，傳熱增強，導致更多非均質冰核形成。

Han等[60]探究了不同直徑的超疏水圓柱體彎曲表面上液滴撞擊速度對液滴鋪展直徑以及液滴與表面接觸時間的影響，如圖7所示，液滴鋪展直徑隨著液滴撞擊速度增大而增大，但液滴與曲面接觸時間隨之減少。

圖7 水滴以不同速度撞擊超疏水圓柱體表面的圖像[60]Fig.7 Dynamic images of droplet impingement on superhydrophobic cylindrical surface at different velocities[60]

Zhu等[61]關注了風場條件下超疏水表面的除冰性能，發現當風速為7 m/s時，吹落光滑基體表面冰珠大約需要12 s，但吹落經過氟化修飾處理后的超疏水表面的冰珠僅需7 s，說明超疏水涂層擁有較強風場除冰能力，該研究有望推動超疏水涂層在實際工程中的應用。

以上研究成果多數是在實驗室特定環境下開展試驗獲得的，然而在實際工作環境中，溫度、濕度、風速等因素多變，而且積冰形成的方式不同，如雪、霜凍、凍雨等。因此在戶外復雜環境中開展超疏水涂層的抗結冰試驗應引起重視。

3.2 基底因素

超疏水涂層對水的粘附力較低，但是對冰是否具有低粘附力，學者們的觀點并不一致，原因在于冰與水粘附機制不同[62]。對冰的粘附力是評價超疏水涂層防覆冰性能的重要指標，探究與水浸潤性相關的參數(接觸角、滾動角等)如何影響表面對冰的粘附力，將直接影響超疏水/冰涂層的設計。

3.2.1 接觸角和滾動角

接觸角和滾動角是表征超疏水涂層的重要指標。關于接觸角如何影響表面冰的粘附力，目前的研究結果仍存在爭議。

1997年，Saito等[63]制備了聚四氟乙烯含量為30%～90%的超疏水材料，并通過實驗發現聚四氟乙烯含量增加使得表面接觸角增加、表面能降低，而表面能的降低進而導致表面冰的粘附力減小，因此超疏水表面接觸角的增加會導致表面冰粘附力的減小。同年，該團隊發現聚四氟乙烯超疏水材料表面冰的粘附力和由接觸角計算得出的表面自由能之間為線性關系[64]。2009年，Dotan等[65]通過離心測力裝置測試了親水、疏水、超疏水等5種材料表面冰的粘附力，結果顯示冰附著力隨著接觸角的增大而減小。在前人基礎上，Ozbay等[66]在金屬、橡膠和聚合物表面進行結冰實驗，結果表明表面潤濕性和由表面接觸角計算得出的表面能之間具有顯著的相關性，且二者共同影響表面冰的粘附力。

隨著研究的深入，人們發現冰的粘附力和接觸角的相關性并非簡單的線性關系。研究人員將更多的注意力放到接觸角的滯后性對表面冰的粘附力的影響。Kulinich等[67]利用離心裝置測量了6種材料表面冰的粘附力，發現粗糙疏水表面冰的粘附力與表面接觸角無關，而與接觸角滯后密切相關。Meuler等[68]制備了21種不同潤濕性的涂層，發現冰的粘附力和后退接觸角具有很強的相關性，因此可以通過測量表面后退接觸角對表面的“憎冰性”進行預測。與前人得出的結論不同，Wu等[29]制備了37 種不同表面形貌的超疏水涂層，發現冰的粘附強度與表面接觸角、接觸角滯后不存在簡單的相關性，不能直接作為防冰超疏水涂層的結構設計參數，而應結合表面浸潤性以及結冰過程中傳熱傳質特性。

3.2.2 浸潤性

關于超疏水表面浸潤性的研究表明，超疏水表面并不一定具有降低冰粘附力的作用，這一點與超疏水表面的理論研究所推斷的結果大相徑庭。

2010年，Varanasi等[69]通過光刻工藝獲得一系列疏水硅柱，然后噴涂低表面能物質獲得超疏水表面。利用掃描電鏡記錄了霜在超疏水表面的形成過程，如圖8所示。圖片顯示霜在超疏水表面形成時，基底的部分微觀結構已經被水浸潤且逐漸形成霜晶，這將對超疏水表面后續防覆冰性能產生影響。

圖8 霜在超疏水表面微觀結構中逐漸形成[69]Fig.8 Gradually formed frost in the microstructure of superhydrophobic surface[69]

2011年，Kulinich等[47]分別利用浸涂、旋涂、噴涂方法制備了3種不同浸潤性的涂層，并測量了3種涂層表面冰的粘附力，結果顯示浸涂法制備的涂層表面冰的粘附力最小，且在結冰—除冰實驗中，該涂層也展現出了更加優異的機械穩定性。2012年，Chen等[70]探究了表面形貌和表面化學性質對冰粘附強度的影響，結果顯示粗糙表面冰的粘附強度高于光滑表面，原因是冰與超疏水表面的粗糙結構形成機械聯鎖。與其結論相反，2014年Bharathidasan等[71]的研究成果表明，親水涂層表面冰的粘附力高于疏水涂層，并將疏水表面冰的低粘附力歸因于低表面能物質。

除了影響表面冰的粘附力，一些學者關注了浸潤性對表面液滴凍結過程的影響。Liu[72]等研究了表面潤濕性對液滴撞擊曲面后動態特性的影響，結果表明，當曲率比一定時，較差的表面潤濕性會阻礙液滴的擴散，但會促進液滴的收縮和回彈。張青等[73]在導線表面制備了超憎水涂層，探究表面浸潤性對導線表面覆冰的影響。實驗結果表明，超憎水性涂層不利于過冷水滴在導線上粘附和凍結，可以顯著抑制和緩解鋁導線表面覆冰的形成和增長。Liao等[74]發現與普通表面相比，超疏水涂層可以有效延遲表面液滴結冰，原因在于超疏水涂層粗糙結構中的空氣起到“隔離”和“熱障”作用，另外由于液滴自遷移現象，部分液滴會在結冰之前滾落下來，減少了結冰概率。圖9所示為裸鋁表面和超疏水鋁表面結冰情況。

圖9 裸鋁和超疏水鋁表面上形成釉冰的情況[74]Fig.9 Glaze ice on the surfaces of bare aluminum and superhydrophobic aluminum[74]

3.2.3 粗糙度

表面粗糙度是冰粘附力的一個重要影響因素，增加粗糙度，可以提高界面拉普拉斯力，阻礙液滴從Cassie狀態向Wenzel狀態轉變。

Satio等[64]探究了表面粗糙度對疏水表面和親水表面冰粘附力的影響，發現這2種材料呈現出截然相反的結果。對于疏水表面，表面粗糙度的增加導致表面冰粘附力的減小，而對于親水表面，表面粗糙度的增加導致表面冰粘附力的增加。與其結論不同，Tarquini等[75]開展了直升機槳葉表面超疏水涂層的脫冰性能研究，發現冰粘附力隨表面粗糙度增加而增加，認為冰和固體表面之間的有效接觸面積增加導致脫冰所需的力增加。

粗糙度除了影響表面冰附著力，還會影響表面的結霜行為。張友法等[76]對比研究了單級納米結構和二級復合結構對表面除冰、融冰的影響，如圖10所示。結果表明微納米復合結構在防覆冰性能方面并不遜色于單級納米結構，關鍵在于經過多次結冰—融冰試驗后，微納米復合結構表面的防霜抗冰性能仍得到保持。

圖10 可控陣列微納復合結構表面結冰及結霜情況對比[76]：(a)條紋陣列結構，(b)方柱陣列結構，(c)四棱錐陣列結構，M代表微結構表面，S代表光滑表面，N代表“納米草”，MN代表具有微結構和“納米草”的表面Fig.10 Comparison of icing and frosting on the surfaces of controllable array micro-nano composite structure[76]：(a) striped array structure，(b) square column array structure，(c) quadrangular prism array structure；M represents microstructured surface，S is smooth surface，N is nanograss，MN represents the surface with microstructure and nanograss

3.2.4 機械魯棒性

微納米結構的機械強度弱是目前超疏水涂層面臨的最大問題，因此設計出堅固耐用的超疏水涂層成為近幾年學者們的研究重點。

Groten等[77]通過實驗論證了微納米復合結構在構建機械性能穩定的超疏水表面中的重要性，尤其當涂層抵抗外界較大剪切應力時，微米結構更是起到決定性作用。在Balordi等[78]的研究中，這一點同樣被證明。Kondrashov 等[79]通過刻蝕工藝制備了“微骨和納米草”復合結構表面，經過氟化處理獲得超疏水表面，該表面顯示出極大的機械耐久性，尤其是抗剪切性。Zhang等[80]通過刻蝕法和噴涂法制備了機械穩定性強的鋁合金超疏水涂層，圖11所示為涂層抗磨損示意圖。該涂層能夠抵抗循環水噴射、砂粒沖擊和砂粒剪切磨損以及手指摩擦，圖12所示為噴涂有涂層的鋁合金表面經過不同機械磨損以后的水滴浸潤情況，經過5個循環的機械磨損，疏水性能不降低。

圖11 納米復合涂層遭受水噴射、砂粒沖擊和砂粒剪切磨損的示意圖[80]Fig.11 Schematic diagram of nanocomposite coating being subjected to water jetting，sand impact and sand shear wear[80]

圖12 經過5個砂粒沖擊、水噴射、砂粒剪切循環磨損后，噴涂有超疏水涂層的鋁合金上的水滴[80]Fig.12 Water droplets on the aluminum alloy surfaces sprayed with superhydrophobic coating after five cycles of mechanical tests[80]

Lv等[81]在紫外光固化條件下制備了高強度聚氨酯超疏水涂層，除了具有自清潔、抗結冰性能外，該涂層還能抵抗750次磨損，展現出優異的機械穩定性。Wang等[82]通過刻蝕法加強微米倒金字塔結構提供耐久性，設計出一種機械魯棒性強的超疏水涂層。這種涂層可以耐受超過1000次的磨損循環，是常規超疏水表面的10倍，為以后高機械強度的超疏水涂層設計提供思路。Wang等[83]展示了一種基于有機-無機多層結構設計的強大的生物激發多層涂層，該涂層的機械魯棒性來自于有機層的潤滑，在遭受機械磨損時通過多層結構的自相似性保持超疏水性。2021年，Liu等[84]將高度可伸縮的納米多孔陽極氧化鋁膜與新建立的理論相結合，制備了一種具有高耐磨性的蚊眼狀超疏水涂層，涂層厚度約為50 μm，水接觸角為168°，經線性磨損試驗厚度損失15 μm后，涂層仍保持疏水狀態，水接觸角為130°。

總的來說，因為影響規律、作用機理未知，基底因素對于冰附著力的影響尚且存在爭議。但是不難看出，從微觀角度來考慮冰與基體的附著現象對于超疏水涂層防覆冰技術的研究至關重要。此外，堅固耐磨涂層的設計研發補充了涂層魯棒性研究的空白，相信隨著涂層制備技術的發展，這些堅固耐用的超疏水涂層將在工程中扮演重要角色。

4 結 語

本文從3個方面總結了超疏水涂層的防覆冰機理，并對近年來研究人員在探究超疏水涂層防覆冰性能影響因素方面開展的工作進行綜述，目前，對各種因素的影響缺乏相應的理論分析，設計防冰超疏水涂層表面結構的依據尚不完善，且低溫或高速沖擊會導致超疏水涂層的接觸角、滾動角發生改變，進而使得超疏水涂層喪失超疏水性，這使得超疏水涂層在工業環境中的推廣仍處于瓶頸階段。針對這些問題提出以下展望：加強超疏水涂層的防覆冰機理研究；對于動態結冰，實驗過程需要考慮復雜環境因素、基底因素以及液滴本身(大小、溫度)的綜合作用對表面結冰時間、結冰量以及冰的粘附力的影響；進一步研究并盡快制備成本低廉、機械強度高、工程實用性強的超疏水涂層。