在超低溫、高濕度等極端環(huán)境下，空調(diào)結(jié)霜、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組覆冰、飛機(jī)表面結(jié)冰等問題的有效解決，是近年來極具挑戰(zhàn)性與緊迫性的研究方向。風(fēng)電作為新型綠色能源一直受到國家高度重視，但中國有大量風(fēng)場位于易遭覆冰影響的低溫高濕地區(qū)，冰凍現(xiàn)象對發(fā)電量、電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行可靠性產(chǎn)生重要的影響，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。因此，風(fēng)電機(jī)組在低溫高濕度地區(qū)的抗冰凍問題，已成為我國新能源風(fēng)電領(lǐng)域亟待解決的問題。 近日，化學(xué)所王健君研究員課題組賀志遠(yuǎn)副研究員（2018年加入青促會(huì)）與美國加州大學(xué)洛杉磯分校Ximin He助理教授合作，聯(lián)合北京航空航天大學(xué)，清華大學(xué)，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校等科研機(jī)構(gòu)，在低溫高濕極端環(huán)境下防冰方面取得進(jìn)展。受小麥葉片上水滴彈跳和光熱轉(zhuǎn)化策略的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)使用超快脈沖激光沉積（PLD）技術(shù)，制造出具有微納米多層結(jié)構(gòu)表面（CR-SAS）。在冷凝水高效自清除和高效太陽能吸收的協(xié)同作用下，CR-SAS表現(xiàn)出優(yōu)異的抗反射和光熱轉(zhuǎn)換性能。這得益于微/納米多層結(jié)構(gòu)中的光俘獲效應(yīng)和氧化鐵納米粒子的熱等離子體效應(yīng)。同時(shí)，CR-SAS對冷凝水展現(xiàn)出超疏水性，其超疏水性能優(yōu)于荷葉表面，不僅對宏觀毫米級(jí)水滴超疏水，而且對冷凝微尺度水滴也超疏水。在表面能的作用下，冷凝水在凍結(jié)之前從表面合并彈跳，從而暴露出更多的裸露面積發(fā)生光熱作用。在太陽光照射下，即使在-50 ℃的超低溫和極高濕度（冰過飽和度約為260）的環(huán)境下，CR-SAS表面溫度也大于0℃。更重要的是，CR-SAS可以在不同材料上沉積，且具有優(yōu)異的可靠性，為在實(shí)際防冰應(yīng)用提供了巨大潛力。該研究工作揭示了低溫高濕極端環(huán)境的表面結(jié)冰機(jī)制，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)防冰材料提供了理論與技術(shù)支撐，同時(shí)也為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組除冰提供了解決思路。 
該工作在《美國科學(xué)院院報(bào)》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)上在線發(fā)表。該研究發(fā)表后，被《自然》（Nature）雜志作為研究亮點(diǎn)（Research Highlight）報(bào)道（鏈接：https://www.nature.com/articles/d41586-021-01144-2）。國家自然科學(xué)基金委化學(xué)科學(xué)部網(wǎng)站對這一資助成果也進(jìn)行了報(bào)道（鏈接：http://chem.nsfc.gov.cn/Show.aspx?AI=1036）。 該工作的共同第一作者是北京航空航天大學(xué)張宏強(qiáng)博士與清華大學(xué)趙冠雷博士后，通訊作者是化學(xué)所賀志遠(yuǎn)副研究員和美國加州大學(xué)洛杉磯分校Ximin He助理教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院青促會(huì)等項(xiàng)目資助。 賀志遠(yuǎn)會(huì)員簡介
賀志遠(yuǎn)，男，中國科學(xué)院化學(xué)研究所副研究員，2009年獲武漢大學(xué)學(xué)士學(xué)位；2014年獲中科院化學(xué)所博士學(xué)位；2014年7月在中科院化學(xué)所工作至今；2017年7月至2018年7月在加州大學(xué)洛杉磯分校訪學(xué)。主要研究方向：控冰表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究，設(shè)計(jì)、制備防冰/抗凍表面材料，并將相關(guān)材料應(yīng)用于表面防冰霜與生物冷凍保存領(lǐng)域。目前在Sci. Adv., Nat. Comm., Acc. Chem. Res, Angew. Chem. Int. Ed., PNAS，Matter等期刊發(fā)表文章40余篇。 主持國家自然科學(xué)基金委青年項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、中國科學(xué)院青促會(huì)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題，參與自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基項(xiàng)目、軍委科技委重點(diǎn)項(xiàng)目等。
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