前沿科技速递 | 第一期
嘿，科技爱好者们！欢迎来到“前沿科技速递”第一期！这里是我们一起探索黑科技、聊聊前沿应用的温馨小窝。每期，我们都会挑选一个新鲜出炉的科研热点，用轻松有趣的方式拆解给您听，让您零门槛get到科技的魅力。今天的第一期，就从一项能让冬天设备“冰释前嫌”的神奇材料说起——走起，一起瞧瞧它的魅力吧～
先说说背景：为什么融冰这么重要？
想象一下：电力线结冰了，飞机翅膀上霜了，工厂设备“感冒”了……这些都能导致大麻烦，结构晃荡、运行卡壳。防冰大法分两派：主动派和被动派。传统主动派靠加热或超声波“硬刚”，但吃电多、爱出故障，还不长命。被动派聪明点，用材料表面“滑不留手”，比如疏水涂层或相变材料，阻止冰“赖着不走”。不过，它们在大规模用、耐久度和环保上，还得继续努力。
现在，随着全球碳中和目标的推进，太阳能这种干净、可持续的能源越来越受欢迎，用它来防冰除冰，正成为热门方向。
为啥偏爱石墨烯和TPU这对“黄金搭档”？
石墨烯，材料界的“闪电侠”！它有神奇的电子结构，能像海绵吸水一样，猛吸可见光、红外、微波，然后“变身”成热能。更酷的是，它导热有“偏心眼”：平面内导热飞起，理论值飙到5300W/(m·K)，垂直方向却低调到5W/(m·K)。这让热量像在平面上“均匀撒欢”，完美适合太阳能热转换和光热融冰。
石墨烯平面方向与垂直方向的导热性差异
（图源：《Anisotropic thermal conductivity of 3D printed graphene enhanced thermoplastic polyurethanes structure toward photothermal conversion》）
TPU呢？像个柔软的“瑜伽高手”，耐拉、耐扯、易塑形，在3D打印界已是老江湖。但它吸光导热弱，单枪匹马融冰慢吞吞。和石墨烯“组CP”后，俩人互补，TPU借石墨烯的“热力”，石墨烯靠TPU的“韧劲”，瞬间变身融冰高手！
核心秘籍：3D打印+激光诱导，玩转“魔法升级”
第一步：3D打印“搭积木”。用双喷嘴FDM打印机，层层叠加石墨烯增强TPU（G-TPU）和纯TPU（N-TPU），造出双层“堡垒”。怎么做？先把石墨烯片和TPU颗粒在DMF溶剂里“搅和”均匀，干燥成复合膜；再加工成母粒，通过挤出机在200℃“挤”出1.75mm的丝材，光滑溜溜；最后打印机按路径“刷刷刷”堆叠。整个过程融合溶液分散、熔融挤出和FDM，石墨烯在TPU里均匀“安家”，方向性还可控。结果？平面方向热导超高，垂直平面方向低导热，专治光热转换、融冰和红外防伪这些“难题”。
（图源：《Anisotropic thermal conductivity of 3D printed graphene enhanced thermoplastic polyurethanes structure toward photothermal conversion》）
第二步：激光诱导“点金术”。打印完后，用激光“轻轻一扫”，TPU基体热分解，石墨烯片层“重生”成多孔微/纳米结构。上层G-TPU表面从“亲水”变“怕水”（接触角从88°跳到116°），热导异性比从6.6升到9.1，电阻率爆增1700%，光热效率up up，融冰时间缩短20%！20V电压下，就能安全电热融冰。哇，这升级，简直像给材料打了“鸡血”。
（图源:《Laser induced 3D printed graphene enhanced thermoplastic polyurethane structure for improved anisotropy and Photo-/Electro-thermal deicing performance》）
应用前景：从航空到风电，未来闪闪
- 航空：在机翼前缘用30μm厚的膜替换传统2mm厚的橡胶套，能减重90%，能量消耗降50%。飞机更轻巧，飞得更省心。
- 光伏：冬天2mm厚的霜层，在90秒内就能完全融化，预计发电量提升7-10%。太阳能板冬天也不怕“感冒”了。
- 风电：叶片表面覆冰监测和自除冰一体化，或许能省掉人工除冰的麻烦，效率up！
成果亮眼：顶级期刊“盖章认证”
这项研究出自中科院合肥物质院固体物理所王振洋团队，获国家重点研发计划和国家自然科学基金“赞助”。2025年3月和5月，分别登上《Carbon》和《Chemical Engineering Journal》。
结尾彩蛋：新方案，新惊喜
3D打印石墨烯-聚氨酯双层结构的光-电-热“三人组”技术，为寒冬设备“保驾护航”提供了新鲜玩法。同时，3D打印+激光诱导，像给材料开了“创意大门”，结构设计和加工无限可能。未来，这样的创新，会让我们的世界更暖、更绿。
本文来自福建海峡石墨烯产业技术研究院，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
