在严寒和高海拔地区，积雪问题正苟且成为制约能源与智能确立开动的关节要素。光伏面板被积雪隐秘后，发电服从骤降；风力叶片上的雪层侵略空气能源性能；桥梁缆索因积雪冻融反复带来疲倦挫伤；无东谈主机、高速列车等确立的录像头、雷达一朝覆雪，更是可能导致系统平直失效。 诚然连年来流闪现无数超疏水、自润滑、光热防冰等界面材料，但这些想象多以“防冰”为中枢，穷乏对“防雪”机制的系统谈论。好多谈论标明，许多防冰材料在湿雪条款下非但无法减少粘附，反而形成雪层“卡死”在名义，难以当然滑落。这背后七天 白虎，根源在于冰与雪在界面粘附上的执行各异。雪是由冰粒、水与空气羼杂物，其与固体的界面作为更为复杂。因此，开展防雪材料谈论，能为户外确立在严寒条款下的踏实开动提供更实用的惩办有谋略。

近日，西北工业大学苑伟政造就、何洋造就团队在《Advanced Materials》期刊发表谈论服从“A Bioinspired Micro-Grooved Structure for Low Snow Adhesion and Effective Snow-Shedding”，揭示了雪在界面上的私有粘附作为，建议一种仿秦岭箭竹叶片的微沟槽结构，有用责骂了范德华力和毛细力，终赫然积雪的低粘附与自零星。这项责任芜杂了防雪=防冰的传统想路，为极点天气下的能源系统、桥梁纪律提供了新式留神计策。

1.干雪与湿雪

不同于结构细致的冰层，雪是由冰粒、液态水和空气羼杂组成的多相物资。尤其在0℃隔邻的湿雪景象，其界面会因液桥效应产生极强的毛细吸附，粘附力远高于干雪。谈论团队通过调度雪中水含量（LWC）谈论干湿雪的界面粘附变化。实验发现：干雪景象下，各种工程材料名义的粘附力深广低于100 Pa，各异不大；而在湿雪景象下，粘附力连忙上涨，铝、PTFE等常用材料在LWC大于16%时雪粘附强度均显耀增大，部分样品的湿雪粘附强度是干雪的10倍以上。这一场面突显了雪固界面作为的复杂性，并展示了防雪谈论的要紧需求。

图1. 雪的性质以及秦岭箭竹叶的低雪粘附特质。

2.从秦岭箭竹叶启发：仿生微沟槽结构

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在当然界中，秦岭箭竹能在风雪中万古刻保捏叶面无雪隐秘，团队通过显微不雅察发现其名义具备规章的微沟槽结构。谈论东谈主员运用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印期间（nanoArch® S130，精度：2 μm）制备了一系列间距与高度不同的仿生微沟槽样品，考验了其对雪固粘附作为的影响。谈论适度自大，结构高度低于30 μm时险些无效；而当高度擢升至100 μm以上，粘附力急剧着落，最低可达30 Pa，约为光滑名义的很是之一。此外，结构的宽高比（S/H）成为决定粘附强度的关节谋略——越窄、越深的沟槽结构，其“实在战争面积”越小，对范德华力与毛细力的扼制越显耀。更宏大的是，V型沟槽还能起到“导水+储水”功能。当雪中解放水渗透界面后，其优先包覆雪粒、而非润湿固体名义，随后在重力作用下回落到V型槽底，有用终赫然固液界面的物理分离，进一步责骂毛细作用。

图2. 雪固粘附作为。

3.雪固脱粘附作为：机械互锁作用

谈论还发现，好多超疏水名义诚然粘附力很低，但湿雪却很难当然零星。原因在于名义粗陋结构与雪粒之间发生“机械互锁”，阻碍了积雪滑动，导致雪层在歪斜名义也无法自愿下滑。进一步分析发现，当雪粒直径与名义粗陋度特征尺寸相匹配时，机械互锁作用最热烈。通过估算，即便只须5%的粗陋峰与雪粒发生互锁，其产生的阻碍强度也可能高达23.7 kPa。 比拟之下，仿生微沟槽结构因其周期性“光滑旅途”想象，能有用幸免互锁场面。实验中，在45°倾角下，微沟槽名义能终了3分钟内积雪当然零星，而超疏水结构很难依靠积雪清高零星。同期，在兼顾防冰需求方面，谈论团队进一步在沟槽里面千里积超疏水纳米粒子，构建出“MG@SHS”双功能结构。该复合结构在保捏微沟槽细致脱雪才智的同期，擢升了其在多轮冻融轮回下的抗冰粘附性能。该计策有望应用于光伏板名义、轨谈交通确立等在复杂场面下开动的关节纪律。

图3. 雪固脱粘附作为。

4.回来

本谈论初次系统划分了“雪”与“冰”在粘附机制上的各异，建议了基于“范德华力+毛细力+机械互锁”的雪固界面粘附-脱粘附作为机制，构建了一种集防冰、防雪和防水功能于一体的多功能想象七天 白虎，为惩办复杂场面下确扬名义附雪问题提供了表面基础与践诺有谋略。