低溫環(huán)境下，過冷水以及水蒸氣等在冷表面形成霜、雪以及塊體冰是一種十分普遍的自然現(xiàn)象。道路、電力系統(tǒng)、通訊基站以及船舶等設(shè)施結(jié)冰則會(huì)影響人們正常生產(chǎn)生活，甚至引發(fā)巨大災(zāi)害。傳統(tǒng)工業(yè)界主要使用機(jī)械除冰、化學(xué)法溶冰和加熱除冰等方法來解決結(jié)冰覆冰問題，但是，這些方法效率底下、耗能或者危害環(huán)境。近年來，人們發(fā)現(xiàn)超疏水表面、有機(jī)液體潤滑表面以及低彈性模量表面具有良好防冰性能。然而，此類新型防冰表面面臨防冰性能不可持續(xù)或者力學(xué)性能較差等不足。因此，仍需尋找新型防冰策略來覺得結(jié)冰覆冰問題。

近期，挪威科技大學(xué)研究人員聯(lián)合西班牙University of Granada、廈門大學(xué)合作報(bào)道了一種基于離子擴(kuò)散機(jī)制的可持續(xù)自除冰表面。研究人員通過簡單的電解質(zhì)水凝膠體系，詳細(xì)論證了離子擴(kuò)散型表面可長期有效避免結(jié)冰覆冰問題（圖1），相關(guān)論文發(fā)表于ACS Appl. Mater. Interfaces （DOI: 10.1021/acsami.0c06912）。

圖1 基于離子擴(kuò)散機(jī)制的防冰表面。

該防冰表面可以同時(shí)長時(shí)間阻止冰或霜形成以及降低其表面冰粘附強(qiáng)度。和水滴在普通玻璃和PVA水凝膠表面在100 s內(nèi)結(jié)冰相比，該防冰體系將表面抑制水滴結(jié)冰時(shí)間延長到5天以上（圖2）；同時(shí)，該冰粘附強(qiáng)度降低至Pa級(jí)別，使得積冰可迅速自動(dòng)從傾斜的防冰表面滑落（如視頻所示）。

圖2 材料表面延遲結(jié)冰研究。

積冰可迅速自動(dòng)從傾斜的防冰表面滑落

同時(shí)該防冰體系可以通過調(diào)控離子類型和濃度，可將防冰溫度范圍調(diào)控至-48.4 ℃以上。分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬和原位實(shí)驗(yàn)研究表明，離子持續(xù)的向在冰和材料界面上擴(kuò)散，導(dǎo)致了冰晶的持續(xù)融化，使得材料表面具有優(yōu)異的防冰性能。此外，該防冰體系中的離子成分可以通過廉價(jià)易得的海水來補(bǔ)充，其在低溫環(huán)境下海上鉆井平臺(tái)和船舶的可持續(xù)防冰具有非常廣闊的應(yīng)用前景。