近期，西北工業大學機電學院苑偉政教授團隊的研究成果“A Bioinspired Micro-Grooved Structure for Low Snow Adhesion and Effective Snow Shedding”在《Advanced Materials》上發表。該研究獲得國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目資助，機電學院博士生燕則翔為第一作者，何洋教授和苑偉政教授為共同通訊作者。
積雪對戶外設備的安全性和效率造成了廣泛的影響，特別是光伏太陽能板、風力渦輪葉片以及橋梁鋼索等設備，積雪的附著不僅影響設備的正常運行，還可能造成結構損壞。在此之前，防冰表面技術一直是科研領域備受關注的研究方向。然而，現有的防冰技術在減緩積雪附著方面的效果卻存在爭議。此外，雪相對于冰，是一種冰粒、空氣、水組成的混合物，其物理性質更為復雜。學界通常將雪劃分為干雪和濕雪兩類。本項目的實驗表明，對于鋁表面而言，濕雪的粘附強度是干雪的10倍有余。這突顯了雪固界面的復雜性，并展示了防雪研究的迫切需求。
圖1,雪的物理性質與秦嶺箭竹葉的低雪粘附特性。
團隊從自然界中汲取靈感，發現了秦嶺箭竹葉表面獨特的微納結構在雪固界面表現出極低的雪附著力和良好的脫附性能。據此，團隊開展了針對雪固粘附-脫粘附行為的深入分析，提出了一種創新的防雪微溝槽結構設計。該結構通過減少接觸面積來最小化范德華力，并通過V形設計減緩毛細作用，促進液態水在界面上的分離。研究表明，雪脫落性能對表面粗糙度非常敏感，微溝槽的周期性光滑性顯著減少了雪與表面的機械鎖附作用。與此相反，超疏水微納米結構與雪粒產生強烈的機械互鎖作用，積雪即使在極低的粘附力下也無法自發脫落。通過將超疏水納米顆粒嵌入微溝槽結構中，本文提出了一種集防冰、防雪和防水功能于一體的多功能設計。實驗結果表明，該結構有效平衡了附著力降低與雪脫落性能，展示了其在光伏太陽能系統和大規模建筑應用中的廣闊應用前景。
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202500839
（文字：燕則翔；審核：常洪龍）
