在低温、高湿环境中，冰的形成和积累会严重威胁航空航天、能源输运及交通基础设施的安全运行。传统的主动除冰方式（如电加热、热风或化学除冰）往往伴随高能耗和复杂维护，而被动防冰策略（如超疏水表面）虽然可延缓结冰，却在低温和机械扰动条件下稳定性有限。如何在低能耗、强耐久与可工程化之间取得平衡，仍是防/除冰材料领域的核心挑战。针对上述问题，本研究提出了一种石墨烯纳米片（GNS）/聚醚酰亚胺（PEI）复合光热超疏水疏冰表面（GPIS）。该表面通过将光热功能“内嵌”进高性能聚合物基体，并结合激光刻蚀构筑微结构，实现了被动防冰与光热主动除冰的协同调控。与依赖表面涂层或化学疏水改性的传统方案不同，该策略无需氟化或硅烷处理，在保持超疏水性的同时显著提升了环境与机械耐久性，为智能化、可持续防/除冰界面提供了一种新的设计思路。
图1.GPIS制备过程的示意图。
本研究通过将石墨烯纳米片（GNS）内嵌于聚醚酰亚胺（PEI）基体中，并结合激光刻蚀构筑微结构，成功构建了一种兼具光热响应、超疏水特性与低粘附疏冰能力的智能防/除冰表面（GPIS）。该表面在无需氟化或硅烷表面改性的条件下即可实现优异的润湿调控性能，激光微结构作用下的水接触角可达约162°，显著降低了固-液接触面积并有效延缓水滴冻结。在光热激活条件下，GPIS表面在1 Sun模拟太阳光照射下温度可稳定提升至约68.5℃，在近红外激发下局部温度最高可达137℃，为低温环境中的主动融冰提供了充足热驱动力。得益于光热“解锁”机制，GPIS表面的冰-界面剪切粘附强度可显著降低至约20 kPa，明显低于常规聚合物与光滑基底，实现了多循环条件下的快速、低能耗除冰。同时，该复合体系在砂纸磨损、强酸强碱腐蚀及多次光热循环后，仍能保持稳定的超疏水性和疏冰性能，展现出良好的工程耐久性。未来，该设计策略有望进一步拓展至多场耦合调控体系，如与电热或区域化微结构设计相结合，为航空航天、新能源与极端环境装备提供可持续、可规模化的智能防/除冰解决方案。
相应的成果以“Photothermal graphene polyetherimide icephobic surfaces for robust and smart anti-/deicing applications”为题发表在Composites Science and Technology上，文章的通讯作者为哈尔滨工程大学梁文彦教授。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2025.111429
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