在超低温、高湿度等极端环境下，空调结霜、大型风力发电机组覆冰、飞机表面结冰等问题的有效解决，是近年来极具挑战性与紧迫性的研究方向。风电作为新型绿色能源一直受到国家高度重视，但中国有大量风场位于易遭覆冰影响的低温高湿地区，冰冻现象对发电量、电网调度和运行可靠性产生重要的影响，甚至引发严重的安全事故。因此，风电机组在低温高湿度地区的抗冰冻问题，已成为我国新能源风电领域亟待解决的问题。

    近日，化学所王健君研究员课题组贺志远副研究员（2018年加入青促会）与美国加州大学洛杉矶分校Ximin He助理教授合作，联合北京航空航天大学，清华大学，美国伊利诺伊大学香槟分校等科研机构，在低温高湿极端环境下防冰方面取得进展。受小麦叶片上水滴弹跳和光热转化策略的启发，研究团队使用超快脉冲激光沉积（PLD）技术，制造出具有微纳米多层结构表面（CR-SAS）。在冷凝水高效自清除和高效太阳能吸收的协同作用下，CR-SAS表现出优异的抗反射和光热转换性能。这得益于微/纳米多层结构中的光俘获效应和氧化铁纳米粒子的热等离子体效应。同时，CR-SAS对冷凝水展现出超疏水性，其超疏水性能优于荷叶表面，不仅对宏观毫米级水滴超疏水，而且对冷凝微尺度水滴也超疏水。在表面能的作用下，冷凝水在冻结之前从表面合并弹跳，从而暴露出更多的裸露面积发生光热作用。在太阳光照射下，即使在-50 ℃的超低温和极高湿度（冰过饱和度约为260）的环境下，CR-SAS表面温度也大于0℃。更重要的是，CR-SAS可以在不同材料上沉积，且具有优异的可靠性，为在实际防冰应用提供了巨大潜力。该研究工作揭示了低温高湿极端环境的表面结冰机制，为进一步设计防冰材料提供了理论与技术支撑，同时也为大型风力发电机组除冰提供了解决思路。

该工作在《美国科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)上在线发表。该研究发表后，被《自然》（Nature）杂志作为研究亮点（Research Highlight）报道（链接：https://www.nature.com/articles/d41586-021-01144-2）。国家自然科学基金委化学科学部网站对这一资助成果也进行了报道（链接：http://chem.nsfc.gov.cn/Show.aspx?AI=1036）。

该工作的共同第一作者是北京航空航天大学张宏强博士与清华大学赵冠雷博士后，通讯作者是化学所贺志远副研究员和美国加州大学洛杉矶分校Ximin He助理教授。该工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中科院青促会等项目资助。

贺志远会员简介

    贺志远，男，中国科学院化学研究所副研究员，2009年获武汉大学学士学位；2014年获中科院化学所博士学位；2014年7月在中科院化学所工作至今；2017年7月至2018年7月在加州大学洛杉矶分校访学。主要研究方向：控冰表面结构与性质研究，设计、制备防冰/抗冻表面材料，并将相关材料应用于表面防冰霜与生物冷冻保存领域。目前在Sci. Adv., Nat. Comm., Acc. Chem. Res, Angew. Chem. Int. Ed., PNAS，Matter等期刊发表文章40余篇。 主持国家自然科学基金委青年项目、面上项目、中国科学院青促会项目、国家重点研发计划子课题，参与自然科学基金委重点基项目、军委科技委重点项目等。