近期，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院苑偉政教授團(tuán)隊(duì)的研究成果“A Bioinspired Micro-Grooved Structure for Low Snow Adhesion and Effective Snow Shedding”在《Advanced Materials》上發(fā)表。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助，機(jī)電學(xué)院博士生燕則翔為第一作者，何洋教授和苑偉政教授為共同通訊作者。
積雪對(duì)戶(hù)外設(shè)備的安全性和效率造成了廣泛的影響，特別是光伏太陽(yáng)能板、風(fēng)力渦輪葉片以及橋梁鋼索等設(shè)備，積雪的附著不僅影響設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能造成結(jié)構(gòu)損壞。在此之前，防冰表面技術(shù)一直是科研領(lǐng)域備受關(guān)注的研究方向。然而，現(xiàn)有的防冰技術(shù)在減緩積雪附著方面的效果卻存在爭(zhēng)議。此外，雪相對(duì)于冰，是一種冰粒、空氣、水組成的混合物，其物理性質(zhì)更為復(fù)雜。學(xué)界通常將雪劃分為干雪和濕雪兩類(lèi)。本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于鋁表面而言，濕雪的粘附強(qiáng)度是干雪的10倍有余。這突顯了雪固界面的復(fù)雜性，并展示了防雪研究的迫切需求。
圖1,雪的物理性質(zhì)與秦嶺箭竹葉的低雪粘附特性。
團(tuán)隊(duì)從自然界中汲取靈感，發(fā)現(xiàn)了秦嶺箭竹葉表面獨(dú)特的微納結(jié)構(gòu)在雪固界面表現(xiàn)出極低的雪附著力和良好的脫附性能。據(jù)此，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了針對(duì)雪固粘附-脫粘附行為的深入分析，提出了一種創(chuàng)新的防雪微溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該結(jié)構(gòu)通過(guò)減少接觸面積來(lái)最小化范德華力，并通過(guò)V形設(shè)計(jì)減緩毛細(xì)作用，促進(jìn)液態(tài)水在界面上的分離。研究表明，雪脫落性能對(duì)表面粗糙度非常敏感，微溝槽的周期性光滑性顯著減少了雪與表面的機(jī)械鎖附作用。與此相反，超疏水微納米結(jié)構(gòu)與雪粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械互鎖作用，積雪即使在極低的粘附力下也無(wú)法自發(fā)脫落。通過(guò)將超疏水納米顆粒嵌入微溝槽結(jié)構(gòu)中，本文提出了一種集防冰、防雪和防水功能于一體的多功能設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)有效平衡了附著力降低與雪脫落性能，展示了其在光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)和大規(guī)模建筑應(yīng)用中的廣闊應(yīng)用前景。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202500839
（文字：燕則翔；審核：常洪龍）
