“坚韧皮肤”技术为解决覆冰问题提供全新思路

表(biǎo)面(miàn)结(jié)冰(bīng)问(wèn)题(tí)长(zhǎng)期(qī)困(kùn)扰(rǎo)着(zhe)众(zhòng)多(duō)行(xíng)业(yè)，从(cóng)飞(fēi)机(jī)机(jī)翼(yì)、风(fēng)力(lì)发(fā)电(diàn)机(jī)叶(yè)片(piàn)到(dào)高(gāo)压(yā)电(diàn)线(xiàn)，覆(fù)冰(bīng)都(dōu)会(huì)干(gàn)扰(rǎo)其(qí)正(zhèng)常(cháng)运(yùn)行(xíng)，甚(shén)至(zhì)引(yǐn)发(fā)设(shè)备(bèi)损(sǔn)坏(huài)。尽(jǐn)管(guǎn)传(chuán)统(tǒng)防(fáng)覆(fù)冰(bīng)方法在一定程度上能防止冰雪积聚，但涂层易损、极端天气下效果减弱等弊端仍难以避免。

近期，《国家科学评论》在线发表了电子科技大学材料表面科学中心博士生杨邱程、邓旭教授和杨金龙副研究员的成果，该研究(jiū)借(jiè)鉴(jiàn)人(rén)类(lèi)皮(pí)肤(fū)的(de)自(zì)然(rán)结(jié)构(gòu)，创(chuàng)新(xīn)性(xìng)地(de)研(yán)发(fā)出(chū)了(le)一(yī)种(zhǒng)名为(wèi)“坚(jiān)韧(rèn)皮(pí)肤(fū)防(fáng)覆(fù)冰(bīng)表(biǎo)面(miàn)”的(de)新(xīn)型(xíng)防(fáng)冰技术。

人类皮肤的内部结构是柔软的真皮和皮下组织，而外面有一层保护性的硬质表皮。当皮肤受到外力时，表皮会变形，形成褶皱，帮助皮肤更好地应对压力。研究人员通过模仿这(zhè)一(yī)自(zì)然(rán)现(xiàn)象(xiàng)，设(shè)计(jì)出(chū)了(le)一(yī)种(zhǒng)具(jù)有(yǒu)类(lèi)似(shì)“皮(pí)肤(fū)”结(jié)构(gòu)的(de)防(fáng)覆(fù)冰(bīng)表(biǎo)面(miàn)。通(tōng)过(guò)将(jiāng)薄(báo)而(ér)坚(jiān)硬(yìng)的(de)表(biǎo)面(miàn)薄(báo)膜(mó)与(yǔ)柔(róu)软(ruǎn)基(jī)底(dǐ)结(jié)合(hé)，在(zài)覆(fù)冰(bīng)时(shí)诱(yòu)发(fā)表(biǎo)面(miàn)不(bù)稳(wěn)定(dìng)性，从而使硬质表层因界面失稳而产生皱褶，形成微小裂缝，这些裂缝削弱了冰与表面的连接，使得覆冰更易被剥离，降低了除冰的难度和能耗。

基于多尺度褶皱的耐用防覆冰材料设计策略和效果

研究人员深入探讨了该表面在两种尺度上的防覆冰机制，并提出了大皱纹与小皱纹相结合的设计策略。大皱纹在(zài)覆冰边缘引发裂缝，发挥“界面破裂”作用；小皱纹则加速裂缝的扩展，促使覆冰更容易完全脱落(luò)。通过这一设计，冰与基底的粘附力显著降低，覆冰能够在自身重力的作用下自动脱落，无需外力干(gàn)预(yù)。

同(tóng)时(shí)，得(de)益(yì)于坚韧的表层材料设计，这种防覆冰表面不仅适用性强，而且耐用性卓越。它能长期保持低覆冰力，对风雨、日晒等外部因素具有强大(dà)的(de)抵(dǐ)抗(kàng)力(lì)，在(zài)各(gè)种(zhǒng)严(yán)酷(kù)环(huán)境(jìng)下(xià)持(chí)续(xù)发(fā)挥(huī)作(zuò)用(yòng)。

“坚(jiān)韧(rèn)皮(pí)肤(fū)”防(fáng)覆(fù)冰(bīng)表(biǎo)面(miàn)的(de)适(shì)用(yòng)性(xìng)和(hé)耐(nài)候(hou)性(xìng)

“坚(jiān)韧(rèn)皮(pí)肤(fū)”防(fáng)覆(fù)冰(bīng)技(jì)术(shù)为(wèi)解(jiě)决(jué)覆(fù)冰(bīng)问(wèn)题(tí)提供了全新思路。通过模拟皮肤的自然应力响应机制，这项技术有效的减少了覆冰，为设备提供了(le)长(zhǎng)期(qī)、可(kě)靠(kào)的(de)防(fáng)护(hù)。该(gāi)技(jì)术(shù)有(yǒu)望(wàng)在(zài)更(gèng)多(duō)行(xíng)业(yè)得(de)到(dào)应(yīng)用(yòng)，助(zhù)力(lì)解(jiě)决(jué)覆冰积聚带来的诸多困扰，获得更持久、更高效的防护，确保在恶劣天气下的正常运行，减少因冰雪积聚造成的停工和损坏。

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A skin-inspired durable de-icing surface with boosting interfacial cracks. National Science Review. doi: 10.1093/nsr/nwaf005