低冰粘附防/除冰涂层的技术现状及研究趋势
金浩正1, 矫维成1, 李君1, 孙浩淼1, 彭建2, 白杰2, 赫晓东1 ( 1.哈尔滨工业大学 特种环境复合材料技术国家级重点实验室；2.成都泰格尔航天航空科技股份有限公司)
摘要：结冰是一种常见的自然现象，冰的形成和堆积会给航空航天、舰船交通、电力系统、能源设施等带来许多安全问题。研究防/除冰材料及技术，提升防御结冰灾害的应对能力，对日常生活、工业生产、国防军工等具有重要意义。低冰粘附防/除冰涂层利用材料本身的性能显著降低冰与表面的粘附力，使冰在风力或自重作用下脱离，具有广阔的发展前景。本文首先介绍了冰的形成原理和结冰类型。随后，从纳米、微米等不同尺度总结分析了低冰粘附防/除冰涂层理论模拟方面的研究进展。根据降低冰粘附机制的不同，分别介绍了超疏水涂层、润滑表面涂层、低模量弹性体涂层、应力集中诱发裂纹涂层、低界面韧性涂层等不同类型涂层的除冰机制和制备方法。综述了冰粘附性的评价指标和实验方法，阐述了各种冰粘附强度测试方法的优缺点。最后，展望了低冰粘附防/除冰涂层未来的研究方向。
关键词：防/除冰；低冰粘附；理论模拟；力学机制；测试方法
目录介绍
1 结冰原理
1. 1 结冰过程
1. 2 冰的分类
2 冰粘附的理论模拟研究
2. 1 本征冰粘附和表观冰粘附
2. 2 不同尺度下低冰粘附防/除冰涂层的理论模拟
2.2.1 纳米尺度
2.2.2 微米尺度
2.2.3 宏观尺度
3 低冰粘附防/除冰涂层
3. 1 低表面能材料和超疏水涂层
3.1.1 除冰机制
3.1.2 超疏水涂层的制备方法
3.1.3 未来发展方向
(1) 装甲超疏水涂层
(2) 自修复超疏水涂层
(3) 自相似超疏水涂层
(4) 电热/光热复合超疏水涂层
(5) 层次结构超疏水涂层
(6) 凹入结构超疏水涂层
3. 2 润滑表面低冰粘附防/除冰涂层
3.2.1 除冰机制
3.2.2 制备方法
(1) 一维润滑表面涂层
(2) 二维润滑表面涂层
(3) 三维润滑表面涂层
(4) 水润滑表面涂层
3.2.3 未来发展方向
(1) 电热/光热复合润滑表面涂层
(2) 自修复润滑表面涂层
(3) 超疏水-润滑表面可切换涂层
(4) 相变材料复合润滑表面
(5) 表面纹理优化
(6) 液膜生成润滑表面涂层
(7) 界面滑移润滑表面涂层
3. 3 低模量弹性体涂层
3.3.1 力学机制
3.3.2 制备方法
3.3.3 未来发展方向
(1) 自修复低模量弹性体涂层
(2) 高机械强度低模量弹性体涂层
3. 4 应力集中诱发裂纹涂层
3.4.1 力学机制
3.4.2 制备方法
3.4.3 未来发展方向
(1) 断裂可控表面
(2) 其他防/除冰机制复合
3. 5 低界面韧性防/除冰涂层
3.5.1 力学机制
3.5.2 制备方法
3.5.3 未来发展方向
(1) 新型材料低界面韧性涂层
(2) 电热/光热复合低界面韧性涂层
(3) 低界面韧性涂层的影响因素分析
(4) 低界面韧性涂层的改性
4 冰粘附测试方法
4. 1 冰粘附的评价指标
(1) 冰粘附强度
(2) 界面韧性
4. 2 试样级
4. 3 面向工程应用的冰粘附测试方法冰粘附测试方法
5 结论与展望
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