摘要：哈尔滨工程大学、奥地利维也纳大学及英国帝国理工学院的科研人员报道了破冰前行：光热超疏水材料在高效除冰策略中的应用研究进展。相关论文以“Breaking the ice: Applications of photothermal superhydrophobic
长三角G60激光联盟导读
哈尔滨工程大学、奥地利维也纳大学及英国帝国理工学院的科研人员报道了破冰前行：光热超疏水材料在高效除冰策略中的应用研究进展。相关论文以“Breaking the ice: Applications of photothermal superhydrophobic materials for efficient deicing strategies”为题发表在《Advances in Colloid and Interface Science》上。
文章重点：
1.超疏水防冰/除冰策略与材料
2.光热主动除冰技术
3.光热超疏水材料（PSM）研究前景展望
设备表面覆冰问题长期困扰人类生活与生产。飞机表面结冰会改变气动外形，降低操控性与航程；风力发电机叶片积冰将显著削弱发电效率。预防积冰因此成为研究焦点。光热超疏水材料在光照下具有高效光热能量转换特性，在能源、土木、航空航天等领域展现出应用前景，有望成为安全可靠且经济高效的防冰/除冰策略。本综述探讨了不同类型光热超疏水材料的设计理念、制备方法、性能特点及应用领域，阐释防冰机理后系统评述了该领域研究现状，并分析了当前实际应用中的问题与未来挑战。
关键词：超疏水；防冰；除冰；光热转换；疏冰；疏水性
图1. PSM设计流程总览（绿色内圈为PSM必备特性，蓝色中圈为设计选项，红色外圈为实施需考量要素）
图2. (a)表面粗糙度对接触角影响及液滴-表面接触面积与热交换关系示意图 (b)高湿环境下超疏水表面液滴形态（俯视图）
图3. 主动除冰机理：太阳辐射加热材料表面→冰层融化→液膜形成→通过斜面或气流（如风）使冰层滑落
图4. 光热作用机制
图5. (a)TiN基表面局域等离子体共振光热效应除冰行为 (b)多功能TiN表面形貌特征 (c)铝纳米结构表面热分布 (d)仙人掌状铝纳米结构
图6. (a)SiC/CNTs涂层除冰流程图及光热除冰效果 (b)表面除冰过程与红外图像
图7. MXene材料结构(a)制备前(b)制备后 (c)PEI基质中的MXene（紫色虚线框标注）(d)(e)激光蚀刻后表面形貌
图8. (a)聚合物基底制备流程 (b)金属基超疏水表面 (c)陶瓷基超疏水表面
图9. (a)蜡烛烟灰-二氧化硅-PDMS复合超疏水表面自清洁演示 (b)特殊表面结构设计实现入射光多重反射 (c)PEI基质中Fe3O4光热纳米粒子传热示意图
图10. (a)SiC/SiO2涂层铜网光热除冰示意图 (b)不同Ag+浓度制备样品的SEM图像（从左至右：13.2 mM, 24.75 mM, 396 mM）
图11. (a)蛾眼仿生微结构设计与制备流程 (b)微结构SEM图像 (c)光热除冰光学照片
图12. (a)样品时间-温度曲线、表面形貌特征及除冰过程连续照片 (b)陶瓷超疏水表面耐磨机理与概念验证
图13. (a)自然界超疏水植物 (b)蝴蝶翅膀及其微结构 (c)荷叶SEM图像与实景照片 (d)鲨鱼皮肤表面微结构
图14. (a)可揉捏规则结构超疏水材料 (b)菜花状微纳结构超疏水表面制备与成像
图15. (a)生物质废弃物（生物炭）与TiN制备的光热超疏水表面 (b)不规则结构光热超疏水表面 (c)环氧树脂纳米花超疏水结构
图16. (a)机械损伤后自修复超疏水表面 (b)大面积除冰工作面设计挑战 (c)低成本环保型"木质超黑"光热材料
本综述全面分析各类光热超疏水材料后指出：首先，该材料在防冰/除冰领域潜力巨大；其次，其独特的光热转换与超疏水特性可延缓结冰、降低冰粘附力，具备全天候防冰/除冰能力，适用于航空航天、电力传输、汽车等领域；第三，实验室研究虽取得进展，但实际工程应用仍面临耐久性、稳定性、可持续性、大面积制备及低成本生产等挑战。未来研究应聚焦以下方向：
突破稳定性与耐久性限制
重点提升材料的耐磨性、耐化学腐蚀性及环境抗老化能力，探索新型表面形貌设计与制备工艺，结合先进模拟技术与表征工具优化材料性能。
开发低成本大面积制备技术
需发展更经济高效的制备方法，通过材料与结构设计优化降低成本，借助人工智能与机器学习技术推动规模化生产。
确保PSM可持续性
选择环保工艺与可再生原料，开发可回收方案，最大限度降低材料全生命周期对环境的影响。
总之，光热超疏水材料作为极具应用潜力的新型材料，其研究范畴广阔，能有效解决防冰/除冰领域诸多难题，但实现实际应用仍需进一步研究与优化。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cis.2025.103489
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来源：江苏激光联盟