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严寒自然环境下，冰和霜易凝固于飞机机翼、铁轨、高压线等处，导致了很大的安全风险。因而，怎样合理阻拦或是延迟时间冰在超低温表层上的形核和生长发育变成急需解决的问题。传统式的振动分析融冰、有机化学融冰和电加热器融冰不仅与绿色发展的全球主题风格有悖，并且融冰全过程非常容易毁坏表层。近几年来伴随着管理科学的发展趋势，科学研究工作人员运用防寒蛋清、表层亲水性解决或加上润化层等方式取得成功提升了表层的防结冻或融冰工作能力。可是，这种表层制取方式繁杂，成本费昂贵，并在极其超低温标准下易无效，这种缺陷限定了他们在具体制造中的运用。
为了更好地彻底解决以上问题，香港科技大学团队协作研发了一种成本低效率高的太阳能发电光热防冰化冰超疏水表层，取得成功完成了低至零下60℃低温下的防冰。该表层根据电化学离子注入法及饱和溶液旋涂法制取，将氮化钛（TiN）光热纳米颗粒嵌入在具备微结构构造的铝表层上，与此同时完成了三种法律效力：其一，微结构结构设计及光热纳米颗粒的协同作用提升了表层的光捕获高效率，其二，根据有效的操纵微结构构造的限度和金纳米颗粒的薄厚，获得了低红外线发射率表层并巨大地减少了热辐射损害，其三，改性材料解决后表层具备超疏水性（图1）。
图1. 超疏水-可选择性光热表层基本原理
为了更好地完成高光热转化高效率，表层必须在提升太阳能发电消化率的与此同时减少热损害。创作者在以前工作上制取了根据TiN纳米颗粒的具备光谱仪可选择性的太阳能发电吸热反应镀层（selective solar absorber，SSA），完成了在0.3-2.5 μm太阳光谱高消化率，>2.5 μm中红外线股票波段低发射率，得到了高于别的无可选择性黑体字的光热效（图2）。但这里为了更好地完成低温下防冰，表层必须与此同时达到高太阳能发电消化率、光谱仪可选择性和超疏水性三个特点。创作者根据操纵有机化学离子注入和颗粒物涂敷加工工艺以提升微纳米技术构造的外貌取得成功完成了以上总体目标。表层的疏水性、可选择性受离子注入時间的主要危害：当离子注入時间过短，微结构表层易被光热颗粒遮盖丧失超疏水性；离子注入時间太长会造成表层孔隙度过大，提高中红外线的消化吸收，进而丧失可选择性（如SHB）。创作者在提升加工工艺后获得了表面张力约为162°，翻转角约为5°，光热转换高效率71%的可选择性超疏水光热表层（SHSSA）。提升后的表层光谱仪如下图2所显示，虽然超疏水非可选择性光热表层（SHB）拥有最大的自然光消化率，但达到96%的发射率减少了总的光热转化高效率。在一个规范自然光下，可选择性超疏水光热表层（SHSSA）的升温做到了61 ℃，高过非可选择性超疏水光热表层（SHB）的52 ℃。
图2. SHSSA, SHB 及SSA表层表现
归功于可选择性消化吸收光热表层的高光热转化高效率，文中初次取得成功完成了在低至-60 ℃的极寒自然环境下的防冰。在自然环境及底边溫度均做到热力循环后1000 s，出液仍然未彻底结冻（图3）。
图3. -60℃下的防结冻试验
在融冰和化霜试验中，比照未作亲水性解决的可选择性光热表层（SSA），亲水性可选择性光热表层（SHSSA）可以在溶化底端冰或霜后产生空气，协助未融化的冰或霜迅速滑掉（图4-5）。这类融冰化霜方法不仅节约了時间，与此同时规避了溶化后的水残余在表层再次消化吸收发热量或再度结冻。与此同时创作者展现了光热电效应除霜化冰不容易对表层微结构构造造成毁坏，SHSSA在多次融冰循环系统后亲水性实际效果和光热实际效果均未受影响。
图4. 规范自然光下的融冰试验
图5. 规范自然光下的化霜试验
总的来说，文中根据调整微纳米技术构造，获得了具备超疏水和光谱仪可选择性的光热防冰表层。对比于非可选择性的超疏水光热表层，在规范自然光下外表温度明显提高，因而完成了在极严寒标准下避免出液结冻。除此之外，归功于超疏水特点，底边的冰或霜被溶化后产生空气，使顶层未融化的冰霜滑掉，与此同时在反复多次结冻化冰循环系统后呈现了较好的可靠性。除此之外，SHSSA为全饱和溶液法制取，低成本，可规模性生产制造，为极度寒冷标准下防冰融冰给予了性价比高且稳定的挑选。
有关发表论文在Cell Reports Physical Science 上，香港科技大学博士研究生马维和博士研究生李洋为文章内容的一同第一作者，香港科技大学姚舒怀专家教授、张远宏科学研究终身教授及黄宝陵副教授职称为共同的通讯作者。
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Solar-assisted icephobicity down to -60°C with superhydrophobic selective surfaces
Wei Ma, Yang Li, Christopher Y.H. Chao, Chi Yan Tso, Baoling Huang, Weihong Li, Shuhuai Yao
Cell Rep. Phys. Sci., 2021, 2, 100384, DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100384
老师详细介绍
姚舒怀，香港科技大学机械设备与航空航天工程系专家教授。姚专家教授于2000年在北京清华大学得到学士学位证书，并分別于2001年和2005年在斯坦福学校得到硕士和博士学士学位。自此在奥利弗利弗莫尔国家实验室做博士研究生科学研究。于2008年起受聘于香港科技大学。研究领域为改变热传导及生物芯片。在相应行业发布SCI论文100余篇，包含以通讯作者发布在Nature Physics, Physical Review Letters, ACS Nano, Advanced Functional Materials, Nano Letters, Advanced Science等。
黄宝陵，香港科技大学机械设备与航空航天工程系副教授职称。黄教授于各自于1999年和2001年在北京清华大学得到学土和硕士。2004年赴美国密歇根大学安娜堡校区进修，并于2008年得到博士研究生。自此在美国加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室做博士研究生科学研究。于2010年起受聘于香港科技大学。研究领域是微限度热传导对流传热，光热运用及其固体电力能源储存，在相应行业发布SCI论文80余篇，包含以通讯作者发布在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Energy Storage Materials, Nano Energy, Nano Letters, Physical Review B 等。
张远宏，香港科技大学机械设备与航空航天工程系科学研究终身教授。李教授各自于2013年和2018年得到北京清华大学学土和博士研究生。2018年赴法国格拉斯哥大学出任研究者。于2019年起受聘于香港科技大学。研究领域是微结构改变换热与航天航空热管理方法技术性，在相应行业发布SCI论文30篇，包括以通讯作者发布在Cell Reports Physical Science, International Journal of Heat and Mass Transfer, Journal of Heat Transfer, Journal of Turbomachinery 等。
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