大连理工大学的研究人员提出了一种铜纳米线组件的设计，能够在没有传统能源输入的情况下显著提升除冰和除霜的效率。具体而言，除霜效果接近100%，创下了历史新高。
这项研究发表在《国际极端制造杂志》上，展示了一种简单的电化学方法来制造具有可控图案、层次和尺寸的纳米线组件。这使得光热、导热和超疏水性能得以同时实现，这是传统表面无法做到的。
光热特性确保了对阳光的有效吸收，导热特性使得吸收阳光后能够快速进行横向热传导，而超疏水特性则促使冰霜在融化时能够滑动或滚动，从而提高了除霜率。
从纳米级细胞的低温冷冻到大尺度飞行器的飞行，冰霜的积累在各个领域都带来了重大挑战。
传统的除冰和除霜解决方案主要依赖机械、热和化学方法，但这些方法往往是能源密集型、劳动密集型或对环境不友好的。此外，一些主动方法需要直接接触材料表面，这对脆弱的涂层构成了风险。为了在不影响表面功能的情况下实现节能和环保的除冰和除霜，大多数努力转向了通过表面修改的被动方法，”该论文的第一作者杨思燕表示，他目前是香港理工大学的博士后。
最近的研究兴趣集中在具有超疏水性的光热表面，这些表面能够被阳光加热，利用地球上丰富的绿色能源。然而，由于导热性差，大多数表面面临局部和不均匀的加热问题。因此，将这些表面特性与导热材料（尤其是金属）结合起来，在除冰和除霜方面具有巨大的潜力，但这一领域仍有待深入探索。
“为了解决上述问题，我们开发了一种简便的制造方法来生产可控的铜纳米线组件。我们发现，通过调整电化学参数可以有效调节组件的形貌、高度和尺度。通过润湿性和光热测试，我们发现大多数纳米线组件可以处理为超疏水性，阳光吸收率超过95%。“由于铜材料的高导电性，纳米线组件，特别是直立纳米线和平均微槽宽度为2-3 μm的设计，能够实现卓越的除冰和除霜性能，”李启勋（博士生，现就读于大连理工大学）说，他是该论文的第一合著者。
这种创新设计使整体除霜时间比其他三种纳米结构表面缩短了2-3倍，仅依靠超疏水性、光热效应或两者兼具。令人印象深刻的是，与以往的产品相比，该设计达到了最高的除霜效率（~100%）。
“原则上，纳米线组件具有易于制造、高度可控和形态多样性的特点，在广泛的除冰和除霜应用中展现出良好的前景，从而消除了对传统能源输入的需求。然而，纳米线组件的耐用性、可扩展性和化学稳定性在复杂工作条件下的实际应用中受到限制。因此，有必要开发更通用的微纳材料加工方法，以提高制造效率、材料规模和表面耐久性。尽管如此，这项工作的设计理念为未来的研究提供了方向，特别是在面临电力短缺的寒冷地区，”大连理工大学化学工程教授、该研究的通讯作者马学虎指出。
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