研究人员发现 ， 降低固体表面的韧性不仅会降低破除表面冰层所需的力量 ， 还会导致一个有趣的现象：对于一定宽度的常规固体表面 ， 随着长度增加 ， 固体与冰层之间的相互作用也自然随之增加；然而如果将固体表面的韧性控制在一定程度以下 ， 达到所谓“低界面韧性表面” ， 当固体长度超过一个很小的临界值后 ， 长度继续增加 ， 固体与冰层之间的作用不再随之增加 ， 而是趋于恒定 。
考虑到实际应用中迫切需要防冰除冰的多是机翼、输电线路、风力发电机叶片等较长的物体 ， 这一发现的意义是不言而喻的：即便是前面提到的超疏水表面或者SLIPS表面 ， 一旦表面最终结冰 ， 除冰所需的力量仍然会是相当可观的 。 相反 ， 这种低韧性的表面却能够保证除冰所需的力量始终维持在较低程度 。 而且与前面提到的若干防冰表面不同 ， 这种表面不需要特殊的物理或者化学结构 ， 只需通过降低常规涂层厚度和向涂层中添加增塑剂等简单的办法就可以实现 。
在一项实验中 ， 研究者先是在铝条表面涂上较为疏水、因此也具有一定防冰能力的聚二甲基硅氧烷 ， 结果发现当表面结冰后 ， 即便将铝条弯曲较大的幅度 ， 冰层也不会脱落 。 但如果对这一聚二甲基硅氧烷涂层进行若干处理以降低其表面韧性 ， 只要稍微弯曲铝条 ， 冰层就会断落 。 在另一项实验中 ， 研究人员在一块一米见方的铝板表面涂上低韧性的聚二甲基硅氧烷涂层 ， 然后将铝板置于冬季室外任其结冰 。 观察表明 ， 随着结冰的发生 ， 冰层自身的重力就足以破坏冰层与固体之间的黏附作用 ， 导致冰层脱落 。 因此 ， 这种固体表面虽然乍一看不像超疏水表面和SLIPS表面那样能够阻止冰层的形成 ， 在实际操作中 ， 它的防冰效果可能反而要大大优于前二者呢 。
图A：“低界面韧性表面”的防冰效果既优于普通的固体表面（左） ， 也超过了传统的防冰表面（中）；图B：用低界面韧性表面涂层处理后的铝板在室外的防冰测试 。
（图片来源：参考文献）
结语
这一系列新的研究的问世 ， 表明科学家们对于表面防冰除冰的认识不断深入 。 当然 ， 这一领域还存在的不少有待解决的难题 ， 开发持续耐久、且在各种条件下都能较好防止冰层形成的表面仍然是一个不小的挑战 。 不过相信随着材料学的进步 ， 我们在冬季会越来越少地受到结冰的困扰 。
参考文献：
1、Tak-Sing Wong, “Bioinspired Self-Repairing Slippery Surfaces with Pressure-Stable Omniphobicity”, Nature, 2011, 477, 443
2、 Philseok Kim et al. “Liquid-Infused Nanostructured Surfaces with Extreme Anti-Ice and Anti-Frost Performance”, ACS Nano, 2012, 6, 6569
3、Konrad Rykaczewski et al. “Mechanism of Frost Formation on Lubricant-Impregnated Surfaces”, Langmuir, 2013, 29, 5230
4、Jing Chen et al. “Robust Prototypical Anti-icing Coatings with a Self-lubricating Liquid Water Layer between Ice and Substrate”, ACS Applied Materials and Interfaces, 2013, 5, 4026
5、 Renmei Dou et al. “Anti-icing Coating with an Aqueous Lubricating Layer”, 2014, 6, 6998
【科学家揭开猪笼草“油嘴滑虫”机制，开辟超滑防冰表面】6、Kevin Golovin et al. “Low–interfacial Toughness Materials for Effective Large-scale Deicing”, Science, 2019, 364, 371
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