冰在暴露的結(jié)構(gòu)和設(shè)備上的粘附和積聚會導(dǎo)致電力、通信、航空航天和道路交通等戶外設(shè)備的機(jī)械故障和經(jīng)濟(jì)損失，對人類安全構(gòu)成威脅。超疏水涂層具有優(yōu)異的拒水性和低的液滴粘附性，能夠在形成冰核之前有效地消除液滴。此外，Cassie液滴中存在的氣囊起到了隔熱作用，防止冰積聚。然而，在低溫、高濕條件下，水蒸氣的凝結(jié)和升華在微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)形成Wenzel液滴，而冰分離或凍結(jié)/除冰循環(huán)過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力會破壞微納結(jié)構(gòu)，加劇冰的粘附和積聚。因此，提高超疏水防/除冰涂層的疏水穩(wěn)定性和機(jī)械耐久性對于在這種具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中的實際應(yīng)用至關(guān)重要。

過飽和水蒸氣在微結(jié)構(gòu)表面成核并生長，導(dǎo)致超疏水性失效。因此，冷凝液滴從超疏水涂層上自分離和快速解吸對防/除冰至關(guān)重要。理論上，水分子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)不太可能穿透小于100nm的疏水間隙。與微結(jié)構(gòu)相比，納米結(jié)構(gòu)促進(jìn)了更大的液滴變形和抗穿刺性，從而增強(qiáng)了冷凝液滴的自分離。然而，納米結(jié)構(gòu)固有的脆性需要采取策略提高機(jī)械耐久性，例如在表面構(gòu)建剛性互連框架、柱狀和精細(xì)微結(jié)構(gòu)腔體。開發(fā)雙尺寸微/納結(jié)構(gòu)，并將可釋放的納米級種子封裝在剛性微殼結(jié)構(gòu)中。然而，在低溫、高濕環(huán)境中，被動防冰措施的失效可能會導(dǎo)致在過冷表面上形成難以清除的積冰。

在超疏水涂層上保持較低的冰粘附強(qiáng)度，不僅可以最大限度地減少對微觀結(jié)構(gòu)的機(jī)械損傷，而且有助于快速有效地除冰。液滴非均相成核的能壘相對較低，導(dǎo)致在固液界面處優(yōu)先形成冰晶。這些冰晶會與微觀結(jié)構(gòu)機(jī)械互鎖，增加冰的粘附強(qiáng)度。自分離通常發(fā)生在低壓和低濕度下。在實際應(yīng)用中，微結(jié)構(gòu)之間的水蒸氣爆炸汽化和冷凝速率的降低會對冰滴的粘附性能產(chǎn)生不利影響。因此，如何在低溫、高濕條件下降低冰在微納結(jié)構(gòu)上的粘附強(qiáng)度，并實現(xiàn)自分離的設(shè)計仍然具有挑戰(zhàn)性。

近期，西南交通大學(xué)劉艷團(tuán)隊通過一步噴涂法，成功制備了一種具有被動防冰和主動除冰能力的堅固耐用超疏水光熱涂層。