【摘 要】
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传统的除霜/冰方法存在着能耗大、成本高、效率低等许多缺点,在除霜的过程中物体表面也容易遭到破坏。因此科研人员们将目光转向被动防霜/冰策略,基于对仿生学的研究,由荷叶效应制备出的超疏水表面（superhydrophobic surface,SHS）和进一步由超疏水表面发展而来的润滑液体注入的多孔表面（slippery liquid infused porous surface,SLIPS）被广泛应用
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传统的除霜/冰方法存在着能耗大、成本高、效率低等许多缺点,在除霜的过程中物体表面也容易遭到破坏。因此科研人员们将目光转向被动防霜/冰策略,基于对仿生学的研究,由荷叶效应制备出的超疏水表面（superhydrophobic surface,SHS）和进一步由超疏水表面发展而来的润滑液体注入的多孔表面（slippery liquid infused porous surface,SLIPS）被广泛应用于被动防霜/冰。然而不论是SHS还是SLIPS都仍然存在着不可忽视的缺点,例如,在应用过程中SHS的粗糙结构会导致霜的钉扎和冻结,SLIPS中的润滑液会不断损失并造成环境问题。本实验将“湿度沉降”效应与超疏水防霜/冰机理相结合,选用溴化钾吸湿晶片作为基底,制备了孔径大小和距离精准可控的多孔二氧化硅超疏水涂层薄膜,将两者组合得到多孔超疏水防霜/冰表面,对薄膜表面的防霜/冰性能进行了探究与分析,并利用“湿度沉降”效应设计了具有其他实际应用性能的表面:（1）薄膜表面的单个吸湿孔周围能够形成抑制凝结和凝结结霜区域（RIC）,从而起到抑制结霜的效果;（2）吸湿孔周围的抑制结霜效果与吸湿孔大小有关。可以认为抑制结霜面积（Sδ）与吸湿孔面积（SR）的比值越大,相应条件下的抑制结霜效率越高。当表面过冷温度为-5℃和-10℃时,最小孔径（R=100μm）所对应的Sδ/SR值最大,分别为6.58和4.58,此时抑制结霜效果最好;表面温度降低至-15℃时,抑制结霜失效;（3）选择最佳大小的吸湿孔,并合理调控多个吸湿孔的间距,使抑制结霜区域之间相互重叠,这样就可以实现高效率的大面积抑制结霜;（4）除抑制结霜外,此多孔超疏水防霜薄膜表面还具有良好的超疏水性,接触角可达155.3°,滚动角约为3.5°,并且水滴在表面滴落时可以迅速弹起,大大缩短了两者的接触时间,有利于防止冻雨钉扎和冻结对表面造成的伤害;（5）同时,此防霜表面具有较好的透明度和透光率,在可见光范围内,透光率总体可达60%,特别在黄橙光区域内（577-622 nm）,透光率可达80%,利用防霜表面的这一优点可将其应用于太阳能电池板表面的防霜;当表面经过五次胶带剥离后仍然能保持疏水状态,说明表面具有较好的稳定性;另外,在表面温度高于-10℃时能够将完全结霜时间至少延迟至30分钟,证明表面还具有延迟结霜性能。
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