Zilong Liu, Qian Xu, Jiawei Du, et al
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Multiscale investigation of a photothermal superhydrophobic coating: From molecular insights into wettability-mediated anti-icing to experimental realization. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2026, 265:128811.
论文简介：围绕极端环境下表面结冰这一关键工程问题，本文采用“分子动力学(MD)模拟—涂层设计—实验验证”的多尺度研究路线，系统揭示了表面润湿性对冰成核与结冰行为的调控机理，并在此基础上成功制备出一种由多壁碳纳米管（MWCNTs）、气相二氧化硅(SiO2)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合构成的光热超疏水涂层S3。研究表明，该涂层不仅具备优异的超疏水性能，还兼具被动延迟结冰、主动光热除冰和良好的机械耐久性，为高性能防/除冰涂层的设计提供了从理论到实验的完整支撑。
重要结论：
本文从分子机理与实验制备两个层面系统验证光热超疏水防/除冰涂层设计思路的有效性。研究不仅揭示了润湿性影响结冰行为的本质机制，也进一步证明了通过多组分复合与结构设计，可以实现防冰、除冰与耐久性的协同统一。主要结论如下：
(1)
MD模拟表明表面疏水性增强，冰成核能垒
逐渐
升高，结冰起始时间明显延长，当表面接触角从68.83°增加到157.39°时，结晶完成时间由5.8 ns延长至76.6ns
；
(2) S3
涂层在
-
10 ℃
和
-15 ℃
环境下液滴完全冻结时间分别是
837 s
和
434 s
，明显高于未改性表面的
143 s
和
88 s
，表现出稳定优异的防冰性能
；
(3)
S3
涂层表现出
杰出
的光热
除冰
能力。在
1
个太阳光强照射下，
S3
表面冰滴在
-
10 ℃
和
-
15 ℃
下的完全融化时间分别为
304 s
和
456 s
，而
原始
表面
经光照
3600 s
后无任何融化迹象；
(4)
除了冰滴除冰外，该涂层对毫米级冰层
(3 mm)
同样具备优异的主动光热除冰能力，并且在经历
100
次胶带剥离和
100
次砂纸磨损后仍能保持超疏水状态，表明其具有
优异
的结构稳定性、机械耐久性和实际应用潜力。
【作者简介】刘子龙，2024级博士研究生(硕博连读)，师从楚化强教授，主要研究方向为光热超疏水涂层防/除冰性能研究。目前，已参与发表SCI论文13篇，其中以第一作者或通讯作者在传热领域国际著名期刊发表SCI论文9篇。担任Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production等多个国际期刊审稿人。曾获全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛国家一等奖(2023)、二等奖(2024)，获安徽省研究生“创新创业之星”、校“优秀共产党员”、校“优秀研究生干部”等荣誉称号。部分论文如下：
[1] Zilong Liu, et al., International Journal of Heat and Mass Transfer, 265 (2026) 128811.
[2] Zilong Liu, et al., Advances in Colloid and Interface Science. 352 (2026) 103830.
[3] Zilong Liu, et al., Applied Thermal Engineering. 280 (2025) 128406.
[4] Zilong Liu, et al., Carbon. 241 (2025) 120401.
[5] Zilong Liu, et al., International Journal of Thermal Sciences. 211 (2025) 109745.
[6] Zilong Liu, et al., Applied Surface Science. 642 (2024) 158635.
[7] Zilong Liu, et al., Progress in Organic Coatings. 191 (2024) 108440.
