在交通運輸、工業(ye) 生產(chan) 和實際生活中，結冰常常會(hui) 帶來極大的困擾，最為(wei) 嚴(yan) 重的是飛機在飛行過程中，關(guan) 鍵部件一旦結冰就會(hui) 嚴(yan) 重影響航行安全。當前飛機傳(chuan) 統的機械振動、防凍液體(ti) 等被動式除防冰策略存在除冰效果不徹底、汙染環境、降低蒙皮壽命等問題；而飛機上較常見的氣熱主動式除防冰策略則存在無法精準控製、增加能耗等問題，新型電熱式主動除防冰係統雖然具有效率高、可靠性好、易控製等優(you) 勢，但高電能消耗的弊端一直限製其發展，當前行業(ye) 內(nei) 亟需穩定、高效、可靠的除防冰新技術。

研究亮點

本文麵向當前電熱式主動除防冰高耗能的發展瓶頸，結合當前行業(ye) 內(nei) 疏水材料防冰技術的前沿，借助可同時實現石墨烯生成和精密圖案化設計的激光誘導石墨烯技術(Laser-Induced Graphene, LIG)，使用常見的10.6 μm CO2激光直接輻照於(yu) 聚酰亞(ya) 胺薄膜(PI)，通過對激光的掃描速度進行調節(50-125 mm/s)，在常壓條件下成功地一步製備了同時具有疏水/超疏水性和電熱功能的微米級溝壑狀石墨烯表麵，拓寬了新型除防冰器件的製備方法。

對疏水石墨烯表麵進行基本表征和性能測試，首次觀察到了溝壑的寬度與(yu) 掃描速度之間存在顯著的線性負相關(guan) 關(guan) 係，這對於(yu) 激光製造中的精確微調節具有重要意義(yi) 。低溫結冰試驗以及穩定性測試表明，石墨烯表麵具有長時間可重複用於(yu) 疏水和延遲結冰的應用潛力。焦耳熱性能測試表明，石墨烯表麵可在較低的直流電壓供電下（3 V-7 V），實現45.5 ℃-151.3 ℃的電熱效果，並能夠在-23℃的環境下實現表麵的除霜除冰功能(如5V供電下，5 s內(nei) 除霜，90 s內(nei) 除冰)。上述研究內(nei) 容和結果證明了激光誘導石墨烯技術可以高效、快速地將具有親(qin) 水潤濕特性的聚合物表麵轉化為(wei) 具有疏水潤濕特性的微米級疏水石墨烯表麵，為(wei) 製備同時具有疏水和電熱功能的多功能除防冰表麵提供了新的思路和製備方法。

圖.1製備流程圖

圖2 50 mm/s、75 mm/s、100 mm/s和125 mm/s掃描速度下：(a-d)製備的微米級結構掃描電鏡圖像; (e)激光掃描速度與(yu) 掃描軌跡線寬的擬合; (f)表麵的接觸角表征。

圖3 表麵的延遲結冰效果測試：(a) PI薄膜; (b) 75 mm/s; (c) 100 mm/s; (d) 125 mm/s。

圖4 (a)1000次循環彎曲後表麵接觸角的變化; (b-d) 在循環結冰和融化過程中75 mm/s、100 mm/s和125 mm/s掃描速度下表麵開始凍結、完全凍結、開始融化和完全融化的時間。

圖5 (a-c)75 mm/s掃描速度下樣品表麵、邊緣和截麵的C、N、O元素能譜圖。

圖6 75 mm/s激光掃描參數下製備的表麵:(a) PI薄膜和石墨烯的拉曼光譜測試圖; (b) 微米結構石墨烯橫截麵形貌; (c)微米級結構石墨烯表麵的三維圖像; (d) 3-7 V(間隔為(wei) 1 V)直流電壓供電下微米結構石墨烯表麵的電熱連接方式和表麵溫度-時間變化曲線。

圖7 (a - e) 3-7v直流電壓供電下的表麵常溫穩態溫度和-23℃環境下的除霜除冰效果。

相應的成果以“Fabrication of Micron-Structured Heatable Graphene Hydrophobic Surfaces for Deicing and Anti-Icing by Laser Direct Writing”為(wei) 題發表在Coatings期刊，文章第一作者為(wei) 中國民用航空飛行學院航空電子電氣學院2021級碩士研究生李世琛，共同通訊作者為(wei) 中國民用航空飛行學院航空電子電氣學院鍾勉副教授和民航安全工程學院何強教授。

全文鏈接：https://doi.org/10.3390/coatings13091559

本團隊依托高高原航空安全驗證實驗室與(yu) 四川省全電通航飛行器關(guan) 鍵技術工程研究中心等省重平台，主要研究方向為(wei) 表麵防除冰，航空橡膠密封等。歡迎相關(guan) 文獻投稿，交流合作。