江苏科大吉林大学研发仿生防冰薄膜 助风电叶片脱冰

在极寒环境中，风力涡轮机叶片结冰不仅导致发电效率大幅下降，更可能引发严重的机械安全隐患。传统除冰手段如化学融雪剂或高能耗嵌入式电加热器，往往伴随环境污染或能源浪费问题，而现有的被动超疏水涂层在低温高湿环境下易失效，主动太阳能加热涂层则受限于刚性基底，难以贴合曲面部件。针对这一行业痛点，中国江苏科技大学与吉林大学的研究团队联合开发了一种基于生物基玻璃态聚合物复合材料的创新方案，并成功进行了玄武岩纤维增强玻璃态聚合物复合材料层压板的灌注工艺试验。

仿生微纳结构实现高效光热转换

该研究团队在《极端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing）期刊上发表成果，介绍了一种名为“被动-主动防/除冰薄膜”的新型材料。这种薄膜由含碳纳米管（CNTs）的AB型硅酮制成，旨在将表面温度维持在-50°C以下的无冰状态。研究人员利用高频纳秒激光在复合材料上雕刻出且微观的柱状网格结构。这一工艺不仅暴露了内部的碳纳米管，还创造出一种锯齿状、多尺度的表面纹理，使其能够像微型太阳能电池板一样捕获阳光并转化为热能。

这种独特的粗糙山谷状纹理迫使光线在柱体间不断反弹，从而Zui大化能量吸收。局部产生的热量被直接引导至冰层与柱体接触的关键点。与传统融化整块冰块不同，该技术迅速融化微观基底，形成一层薄薄的润滑液态水和 trapped air（滞留空气）层。这层介质显著降低了附着力，使得剩余的固态冰结构能够在自身重力或微风的吹拂下轻松滑落。

在物理机制上，柱体迫使水滴落在并包裹住空气 pockets，形成物理绝缘屏障，既隔绝了下部固体机械的冻结温度，又提高了结冰所需的能量势垒。任何未能避免冻结的水滴，也会因碳纳米管产生的热量而迅速融化。论文数据显示，该薄膜含有40.8%的碳、28.5%的氧和30.7%的硅，表现出98.86%的超高光吸收率和89.3%的光热转换效率。

极端环境下的性能突破

在模拟阳光照射的条件下，该材料声称能在360秒内达到143.2°C的表面温度。在模拟重度云层覆盖或极地黄昏条件（-50°C，20%光照）的测试中，其表面能使水滴延迟冻结720秒；而在70%光照下，仅需840秒即可融化一层固态霜层。此外，高弹性硅酮基质可拉伸至原长的200%，并据报在反复弯曲、 harsh sand abrasion（恶劣沙粒磨损）、胶带剥离和酸暴露后，仍能保持其超疏水性和热性能。

相比之下，传统解决方案存在明显局限：化学除冰剂对环境有害，嵌入式电加热器能耗巨大，被动涂层在极端寒冷下失效，主动涂层则难以适应曲面且弱光下产热不足。而这款原型防冰薄膜无毒、无需外部能源输入，且能耐受湿度和极端温度。其柔韧性使其能够包裹弯曲的风力涡轮机叶片、高压输电线路以及航空航天部件，即使在弱光环境下也能有效工作。

目前，研究团队正致力于扩大激光生产流程的规模，并评估该材料在真实且不可预测的户外条件下的长期耐久性。这一技术若实现商业化应用，将为全球风电、电网基础设施及航空领域提供一种绿色、高效且低成本的防冻解决方案，特别是在高纬度或高海拔等寒冷地区的风电项目中具有广阔的应用前景。