文献快讯：AM 光热-电热-磁热三模协同表面除冰材料

【成果掠影 & 研究背景】

冰灾威胁航空、输电等重大基础设施安全，现有光/电热除冰技术在磨损后失效难题长期无解。针对超疏水表面Cassie态在低温下易转为Wenzel态的根本局限，华中科技大学周涛团队通过激光活化-化学镀-电镀三步法，在聚合物基底上构建出具有三重热转换能力的超疏水石墨烯@NiO/Ni表面。该表面呈现162.9°±2.3°超高接触角，实现1377秒结冰延迟（-15℃），三重除冰性能全面领先：光热除冰150.0±11.5秒、电热除冰141.3±11.7秒、磁热除冰41.0±4.0秒。关键突破在于：表面磨损后虽导致光/电热性能衰减，但底层镍磁性层未损伤且疏水性适度降低，反使磁热除冰效率提升15%，成功实现全生命周期除冰闭环。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

• 首创激光诱导梯度镀层技术

  355nm紫外激光活化聚合物基底，通过化学镀铜→电镀镍→电沉积石墨烯@NiO的阶梯工艺实现微纳分级结构精准构筑

• 三模态热转换协同机制

  石墨烯宽带吸光（200-2500nm吸收率>90%）+NiO半导体电热+镍层涡流磁热，突破传统单模式限域

• 磨损自适应磁热增强

  砂纸磨损40周期后，磁热除冰时间从41秒缩短至35秒（热传递效率提升20%），解决表面损伤引发性能衰减痛点

• 机械鲁棒性创新设计

  凸起结构充当"微装甲"（54.5μm粗糙度），经50次胶带剥离/25分钟砂流冲击仍维持144.8°接触角

• 全场景应用验证

  在屋顶曲面/输电线/多材质基底（铜铝玻陶等）实现稳定除冰，大面积样品（27cm×18cm）通过23天户外测试

图1：a) 石墨烯@NiO/Ni表面制备及全生命周期除冰策略示意；b) 石墨烯@NiO/Ni层状结构；c) 制备流程；d) 石墨烯@NiO电化学共沉积机理

图2：a-c) 各镀层阶段SEM图像；d-e) 断面结构；f-h) TEM元素分布与石墨烯层分辨率；i) 3D形貌；j-k) 拉曼谱图；l-n) XPS谱

图3：a) 表面润湿性；b) 疏水动态特性；c) 粗糙度对比；d-e) 延迟结冰性能；f-g) 热传递模型；h) 冰粘附强度；i-k) 机械测试；l) 耐候性

图4：a-b) 光/电热机理；c) 光谱吸收；d-i) 温升曲线/循环稳定性；j-n) 除冰性能

图5：a-b) 磁热机理；c) 磁滞回线；d-i) 磁热性能/距离响应；j) 磁热除冰过程；k) 综合性能雷达图

图6：a) 磨损对除冰时间影响；b-e) 热传递模型；f) 全生命周期策略；g-l) 多基底应用展示

【总结 & 原文链接】

本研究通过创新性的激光活化梯度镀层技术，成功将光热、电热、磁热三重功能集成于单一聚合物表面。首次揭示磨损后磁热性能反升机制（接触面积增大促进热传递），构建"初始光/电除冰-磨损后磁除冰"的自适应策略，从根本上解决超疏水表面因结构损伤导致的全生命周期失效难题。该表面在经历40次砂纸磨损（800cm滑动距离）后仍保持高效磁热除冰能力，兼容从金属、聚合物到陶瓷等12类基底，并在输电线路除冰实验中实现零能耗磁热除冰（距离线圈1.5cm时75秒融冰）。

原文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202514989

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