综述：探索无冰视野：离子液体和低共熔溶剂在防冰技术中的作用综述

这篇综述深入探讨了离子液体（ILs）和低共熔溶剂（DESs）作为创新防冰材料的潜力，重点分析了其在极端低温条件下通过动态界面熔融（DAIS）和准液态层（QLL）形成降低冰粘附强度的机制。文章系统总结了ILs（如[OMIM]BF4 ）和DESs（如ChCl/尿素）的协同效应，为开发高效、可持续的防冰涂层和凝胶（如离子凝胶IGs）提供了新思路。

　　

探索无冰视野：离子液体和低共熔溶剂的防冰革命

引言

冰在暴露表面的形成对交通、能源和通信等行业构成重大挑战。传统防冰技术如机械除冰和化学融雪剂效率低且不环保，而动态抗冰表面（DAIS）通过改变冰-基底界面的物理化学状态，提供了更可持续的解决方案。离子液体（ILs）和低共熔溶剂（DESs）因其独特的低熔点、高稳定性和氢键网络特性，成为这一领域的研究热点。

动态抗冰表面的分类

DAIS可分为三类：

1. 动态基底：如自润滑PDMS复合材料，通过相分离形成内部硅油液滴，实现循环抗冰（冰粘附强度≈12 kPa）。
2. 动态界面：利用ILs形成准液态层（QLL），如1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIM]BF₄
   ）在?20°C下将冰粘附强度降至10 kPa。
3. 动态冰调控：仿生抗冻蛋白（AFPs）的Janus特性抑制冰晶生长，如氧化石墨烯（GO）通过界面曲率效应延缓冻结。

离子液体的核心优势

ILs如1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[OMIM]BF₄
）通过热诱导相分离在聚氨酯（TPU）涂层中形成润滑层，冰粘附强度低至10.03±2.62 kPa。其抗冰机制包括：

• 低温流动性：大尺寸离子避免被冰晶包裹，维持界面液态层。
• 协同效应：与DESs结合可进一步降低冻结温度至?36°C。

低共熔溶剂的绿色创新

DESs如氯化胆碱/尿素（ChCl/urea，摩尔比1:2）因低成本、易制备和生物降解性脱颖而出。近期研究显示：

• 天然DESs（NADES）：如ChCl/山梨醇凝胶在?50°C仍保持柔性，通过吸收-抑制机制阻隔霜冻。
• 电化学应用：Zn²⁺
  基DES电解质在低温电池中提升离子电导率（1.83 mS/cm，?70°C）。

挑战与未来方向

当前瓶颈包括ILs的泄漏问题（可通过气凝胶封装解决）和DESs的机械强度不足（需引入纳米填料）。未来应聚焦：

1. 材料扩展：探索非芳香族ILs和新型DESs（如木质素衍生溶剂）。
2. 智能设计：结合光热转换材料（如碳纳米管）实现太阳能驱动除冰。
3. 工业化适配：通过机器学习优化结构-性能关系，推动规模化应用。

结语

ILs与DESs的协同应用正重新定义防冰技术的边界。从极地设备到电网保护，这些材料的动态特性为应对全球低温挑战提供了前所未有的解决方案，而其绿色属性更契合可持续发展目标。随着机理研究和工艺优化的深入，无冰时代或许不再遥远。