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西南科技大学微纳仿生制造团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》发表最新研究成果:具有极压抵抗性的柔性蘑菇状跨尺度防/除冰表面
作者:  发布时间:2025-01-13    阅读次数:327

冻雨或暴风雪引起的积冰是寒冷气候下的常见现象,严重威胁着通讯线路及其他架空网络的安全性和可靠性。然而,现有的防/除冰表面大多侧重于提升静态环境下的斥液性能,而在动态环境中对液体冲击的抵抗能力较为薄弱,这在一定程度上限制了其在复杂动态环境中的实际应用。这是因为两者相互冲突的结构要求:高静态斥液性需要最小的固液接触面积,这不可避免地削弱了表面抵抗液体入侵的能力。因此,设计一种既能保持高静态液体排斥性,又具有强大的抵抗液体冲击能力的防冰钉表面仍然是一项挑战。

针对以上难题,西南科技大学微纳仿生制造团队研究人员受自然界跳虫表面超全憎性分层系统的启发,将前沿的仿生设计理念与尖端的超快激光微纳制造技术相结合,通过飞秒激光结合自生长策略,制备了一种具有极端压力抵抗性的柔性蘑菇状跨尺度表面(MCS)。该表面通过双尺度结构的巧妙设计,有效抵御了静态和动态液体的入侵,其中微米级蘑菇状可重入结构显著提高了静态斥液性(CA > 167°),而纳米级粒子的加入则增强了其在极端液体压力下的抵抗能力(We ≥300的去离子水)。同时,MCS表面具有极低的冰粘附强度(0.46 kPa),能够确保冻结液滴在风吹等轻微振动条件下的快速去除,即使经过15次除冰循环,其冰粘附强度仍低于5 kPa。此外,MCS表面的柔性特征使其能够与曲面结构完美契合,进一步扩展了防冰表面的应用场景,为防冰钉表面在通信技术、交通运输、航空航天防/除冰等领域提供了有价值的见解。

相关工作以“Flexible Mushroom-Like Cross-Scale Surface with Extreme Pressure Resistance for Telecommunication Lines Anti-Icing/Deicing” 为题发表在国际高影响力期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。审稿人认为此项工作展示了柔性材料与复杂曲面的良好相容性,以及低温下的有效疏冰性,是防/除冰表面在抵抗动态液体极端压力冲击方面的一次有意义的尝试,具有极大的创新性和可行性。我校2022级机械专业硕士研究生王霄鹏为第一作者,李国强教授、余家欣教授和青年教师杨益担任论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、四川省科技计划项目、结冰与防/除冰重点实验室开放基金、西南科技大学前沿项目、自然科学基金资助项目的支持。


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