疏冰

Abstract(#br)Icephobicity is intrinsically affected by rough asperities and the surface voids provide anchoring points for the ice. The anchor of ice is likely to form on the surface under high humidity conditions. In-situ water condensation and icing observation were conducted to understand water condensation and ice retracting patterns in controlled humidity, pressure and temperature conditions.

积冰为人类社会造成了我们日常生活中的各种问题。冰的预防和清除方面的巨大挑战需要新的有效防冰策略。近来，光热材料因其节能环保的优点，在制造防冰表面方面受到关注。然而，要得到一种价格低廉、易于制造、光热效率高的理想光热材料一直是一个挑战。在这里，我们展示了一种低成本、高效率的超疏水光热表面，独特地基于廉价的常见烛烟。它由三部分组成：蜡烛烟灰、硅壳和聚二甲基硅氧烷( PDMS )刷。蜡烛烟提供了分级的纳米/微结构和光热能力，二氧化硅壳层强化了分级蜡烛烟，接枝的低表面能PDMS刷赋予了表面超疏水特性。在1太阳光照下，表面温度可提高53℃，使环境温度低至-50℃时不形成冰，300 s内也能迅速融化积霜和冰。这种超疏水特性使得融化的水能够立即滑落，留下干净的表面。表面还可以自清洁，通过清除吸收和散布阳光的粉尘和其他污染物，进一步增强其效能。另外，经过氧等离子体处理后，表面能随着太阳光的照射而恢复超疏水。由于其组分材料廉价、简单、生态友好、能源利用率高等特点，所呈现的憎冰表面显示出巨大的潜在和广泛的影响。

本工作集中在利用简单的方法和巧妙的成分制备出能够抵抗冰粘附的有效滑液灌注多孔表面( SLIPSs )。首先，合成了聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )、聚倍半硅氧烷端基功能化PMMA ( POSS- ef- PMMA )和聚二甲基硅氧烷嵌段PMMA ( PDMS-b- PMMA )。其次，微米尺寸的孔隙排列在三层蜂窝状阵列中，厚度为ca。用呼吸图( BF )法分别在这3种浇铸聚合物薄膜的每个表面引出10个 μm。将聚二甲基硅氧烷( PDMS )、聚氢甲基硅氧烷( PHMS )和十六烷( HD )单独渗入多孔基体后，形成典型的SLIPS。PDMS-b-聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )基体对PDMS具有优先亲油性，使所得SLIPS具有更好的抗冰性。然而，HD诱导的SLIPSs在3 μ L水滴的6 °滑动角下表现出最低的抗冰性能，最低的冰附着力范围为40.8 ~ 46.3   kPa，在不改变冰附着力的情况下，抗30次以上结冰/除冰循环的抗冰性能最为稳健。这种有效的防冰性能是由于HD与水接触时具有较好的液体性质，而HD在冷冻条件下具有较好的固相性，可降低HD与水或冰的界面摩擦磨损。

冰的形成和积累会导致严重的经济损失甚至生命损失。为了防止这些损失，近年来防冰材料得到了迅速的发展。为了应对不同的结冰条件和不同类型的部件，迫切需要开发一种兼具被动防冰和主动除冰功能的表面。然而，迄今为止还没有合适的防冰材料的解决方案，它具有足够的耐久性、低成本和制作简单等优点，在必要时也可以转化为活性除冰。在此，我们展示了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )、铁粉( Fe )和蜡烛烟( CS )组成的具有磁响应性和柔性的超疏水光热膜( PFe- PCS )，该膜不使用含氟化学物质，通过简单的方法显示了被动防冰和主动除冰的性能。薄膜由两个超疏水层组成，可以在微/纳米结构中捕捉到两个空气层。因此，冻结时间是裸基材的4.7倍。这样设计的表面结构不仅显著延迟了水的冻结时间，而且通过在光热加热过程中保持顶面内的热量，使热损失最小化。积冰在237   s内可立即融化，融化水可迅速滚落。PFe- PCS薄膜可通过磁力作用于包括弯曲衬底在内的复杂形状的衬底。更重要的是，PFe- PCS薄膜在暴露于强酸、碱、盐溶液和液氮中时表现出优异的稳定性。经过320次循环砂纸磨损、3   h水流冲击和循环复冰/除冰后，超疏水和抗冰性能得到了很好的保持，本工作源于被动抗冰和主动除冰的双层表面结构概念。该薄膜具有坚固性和自愈性，可用于各种形状部件的防冰和清除。