表面结冰问题长期困扰着众多行业，从飞机机翼、风力发电机叶片到高压电线，覆冰都会干扰其正常运行，甚至引发设备损坏。尽管传统防覆冰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，该研究借鉴人类皮肤的自然结构，创新性地研发出了一种名为“坚韧皮肤防覆冰表面”的新型防冰技术。

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一自然现象，设计出了一种具有类似“皮肤”结构的防覆冰表面。通过将薄而坚硬的表面薄膜与柔软基底结合，在覆冰时诱发表面不稳定性，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。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，无需外力干预。

同时，得益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的抵抗力，在各种严酷环境下持续发挥作用。

“坚韧皮肤”防覆冰表面的适用性和耐候性

“坚韧皮肤”防覆冰技术为解决覆冰问题提供了全新思路。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，为设备提供了长期、可靠的防护。该技术有望在更多行业得到应用，助力解决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

来源: 《中国科学》杂志社