清華大學(xué)在超疏水表面結(jié)冰融冰基礎(chǔ)現(xiàn)象研究方面取得重要進(jìn)展

清華大學(xué)材料學(xué)院鐘敏霖教授團(tuán)隊(duì)在超快激光制備的特殊微納米結(jié)構(gòu)超疏水表面上，首次發(fā)現(xiàn)液滴可以在結(jié)冰與融冰循環(huán)中實(shí)現(xiàn)Wenzel狀態(tài)到Cassie狀態(tài)的自發(fā)轉(zhuǎn)變，澄清了轉(zhuǎn)變的機(jī)理，明確了轉(zhuǎn)變的3個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和形成條件。這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)于潤(rùn)濕性理論研究尤其是超疏水表面的自清潔、抗結(jié)冰等廣泛應(yīng)用具有重要學(xué)術(shù)和技術(shù)價(jià)值。

鐘敏霖教授團(tuán)隊(duì)采用超快激光燒蝕和化學(xué)刻蝕等方法制備了4種不同微納結(jié)構(gòu)的超疏水表面（即規(guī)則微米柱-納米顆粒二級(jí)表面、微米凸起-納米顆粒不規(guī)則二級(jí)表面、微米柱單級(jí)表面以及化學(xué)刻蝕不規(guī)則微納米表面），開展系統(tǒng)的結(jié)冰和融冰研究，發(fā)現(xiàn)在超快激光制備的規(guī)則微米柱-納米顆粒二級(jí)超疏水表面上，液滴在結(jié)冰與融冰循環(huán)后可以自發(fā)地恢復(fù)到原始的Cassie狀態(tài)，其接觸直徑恢復(fù)率和接觸角恢復(fù)率高達(dá)97.8%和98.5%，并且融化后的液滴在3.7°的傾角下即可快速脫離，而其他表面均無法自發(fā)從Wenzel狀態(tài)恢復(fù)到Cassie狀態(tài)。

2022年1月19日，該研究成果以Spontaneous dewetting transitions of droplets during icing & melting cycle為題發(fā)表在Nature Communications上。論文由鐘敏霖教授團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成，得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和防除冰技術(shù)聯(lián)合研究中心項(xiàng)目支持。