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1.文章导读

在极寒与弱光环境中，传统超疏水表面的空气层易失稳，而电加热、机械除冰等主动方式又面临能耗高、适应性受限等问题。江苏科技大学冯晓明、吉林大学牛士超团队构建柔性CNT/AB硅胶被动/主动协同防除冰薄膜（PAADIF），通过纳秒激光一步构筑层级微/纳结构，实现“被动抑冰—光热主动除冰”的协同，该工作发表于SCI期刊《极端制造（英文》（International Journal of Extreme Manufacturing，IJEM）上。

图1 PAADIF的材料组成、制备流程与被动/主动协同防除冰机理。

亮点一：纳秒激光一步构筑柔性层级微/纳结构

研究团队通过优化激光扫描速度、频率和重复次数，在柔性CNT/AB硅胶表面直接构筑稳定的层级微/纳结构。优化表面水接触角达164.5°、滑动角约4°，在弯折和200%拉伸状态下仍可保持液滴弹跳。微结构俘获空气、降低固液真实接触与界面传热，同时为极寒条件下延迟异质成核提供“热阻门控”。

图2 激光参数调控下的微/纳结构、润湿性及柔性状态下的液滴行为。

亮点二：结构光捕获与CNT光热转换协同

层级结构还显著增强多尺度光捕获和多次反射，协同CNT实现宽谱高效光热转换。PAADIF光吸收率达98.86%，光热转换效率达89.3%，在1 sun下360 s表面温度可升至143.2 ℃；即使在0.2 sun弱光下，最高温度仍可达51.5 ℃。其核心“传热门控”机制使结构既充当热屏障和空气储库，又利用CNT局域加热优先触发冰—基底界面融化。

图3 PAADIF的宽谱光吸收与光热转换性能。

亮点三：−50 ℃弱光环境下实现被动/主动协同防除冰

在−50 ℃极寒环境下，0.7 sun照射可使表面保持无冰，霜层可在约840 s内完全去除；弱至0.2 sun时，结冰延迟仍可达到约720 s。PAADIF在−50 ℃下冰黏附强度约11.5 kPa，有利于借助重力、气流或振动脱冰。经弯折、磨损、胶带剥离、紫外老化及酸碱腐蚀等测试后，薄膜仍保持稳定的超疏水与防除冰性能。

图4 PAADIF在极寒与不同光照条件下的光热防/除冰性能。

图5 PAADIF经机械磨损、循环、紫外与化学作用后的稳定性。

2. 总结与展望

该工作将激光微纳制造、柔性CNT复合材料、超疏水界面与光热调控统一到同一薄膜中，为极寒弱光条件下低能耗防除冰提供了可扩展路径。其柔性特征适用于曲面或不规则构件，可面向风机、航空航天、电力输运、船舶及极地设施。后续可进一步聚焦大面积连续制造和真实户外环境下的长期服役评价。