纳米界面工程与光谱选择性光热协同的透明防冰涂层研究

为解决传统被动防冰技术因热力学驱动力限制效果不佳、光热材料效率与透明度难以兼顾的问题，研究人员开发了一种结合纳米界面工程提升冰核形成自由能垒(ice nucleation free energy barrier)与可见光透明光谱选择性光热材料的协同防冰系统。该涂层在-25°C至-30°C下可使水保持1小时以上不结冰，突破了传统黑色宽带吸光材料与超疏水表面设计的局限，为透明防冰涂层提供了新范式。

　　

被动防冰本应是防止低温表面结冰的理想策略，但由于冰成核(ice nucleation)过程中热力学驱动力的根本性挑战，传统设计常收效甚微。光热抗冰(photothermy)虽提供了一种经济环保的主动解决方案，但现有光热材料因全波段太阳能吸收特性，始终面临效率提升与透明度维持的两难境地。

这项研究创新性地构建了分级防冰系统：一方面通过纳米尺度（临界冰核尺寸）界面工程，提升冰核形成自由能垒(ΔG_nuc)，实现"防呆"式被动防护；另一方面采用可见光透过的光谱选择性材料进行主动光热干预。这种协同策略使工程涂层上的水在-25°C（保守）至-30°C（激进）条件下，无光照时可保持1小时不结冰，光照下则能持续维持液态。

研究突破了传统将黑色宽带吸光材料与超疏水表面设计结合的范式，通过精准调控纳米界面和优化材料光谱特性，为开发新一代透明防冰涂层指明了方向。进一步缩小界面工程尺度并优化材料类型，有望获得性能更优异的防冰解决方案。