研究探析 高速摄像机用于防冰领域研究

航空航天、能源电力等户外设施中，结冰会带来安全隐患和经济损失。传统热融、机械等主动除冰技术存在成本高、能耗高等弊端。新兴的将具有低冰附着强度和优异水稳定性的润滑液注入多孔表面（SLIPS）的被动防冰技术又存在因润滑剂损耗导致防冰持久性不足的痛点。

重庆大学研究团队提出一种新型树枝状多孔结构（Y-SLIPS），研究中利用高速摄像机捕捉润滑剂在Y-SLIPS表面存储、损耗与自修复瞬态过程，为优化防冰材料设计提供数据支撑。

研究团队选用千眼狼Revealer明星级迷你M系列高速摄像机，拥有高清1080P 分辨率下2000帧/秒的时间解析能力，其TB级非易失性存储支持长时间连续拍摄，满足循环实验要求。

1）研究首先通过阳极氧化制备了一种纳米级树枝状多孔结构，选择低蒸汽压的硅油（200 cSt）作为润滑剂，并采用硅烷对多孔表面进行改性，使其与硅油在化学上相容，通过将硅油注入改性后的树枝状多孔结构制备完成Y-SLIPS。

2）使用SEM，接触角测量仪、称重法依次等对Y-SLIPS的表面和截面形貌、润湿性、润滑剂保持率等性能进行表征。

3）使用千眼狼Revealer高速摄像机观察水滴撞击和滑落表面的过程，用于表征Y-SLIPS自修复性能和润滑剂损耗。

4）通过千眼狼Revealer高速摄像机观察冰雨结冰过程中液滴在Y-SLIPS表面的运动行为，系统性研究Y-SLIPS防冰性能。

5）采用水平剪切测试和块状水冰测量冰粘附强度，评估Y-SLIPS耐久性。

6) 结合宏观图像和微观形貌，测量结霜和解霜循环实验中冰粘附强度，接触角等指标，评估Y-SLIPS耐久性。

1）在表征Y-SLIPS自修复性能和润滑剂损耗实验中，同步记录水滴撞击、铺展、滑移至脱落的轨迹，并通过图像处理计算接触角滞后（CAH）与润滑膜完整性。

图2

2）在模拟覆冰环境中喷雾液滴在Y-SLIPS表面运动实验中，千眼狼高速摄像机以毫秒级精度记录液滴在未处理表面、Y-SLIPS表面撞击→聚集→滑落过程，如图3所示，并发现未处理表面4.1s铺展成水膜并残留，Y-SLIPS表面则在0.8s内聚合并滑离，滑离效率明显提升。

图3

重庆大学的研究成功制备了一种具有树枝状多孔结构的防冰SLIPS表面Y-SLIPS，经

一系列实验，结果表明，树枝状多孔结构Y-SLIPS通过孔深比和表面孔隙率的优化后，提高了润滑液的储存能力和自修复能力，延缓了润滑液流失。

千眼狼高速摄像机在防冰研究中的价值主要体现在可视化捕捉润滑剂薄膜损耗与冰晶生长的瞬态过程，揭示Y-SLIPS降低冰粘附的机理。同时在润滑剂残留率、冰层生长速度等关键参数定量研究中，提供图像数据量化支持。

附 研究成果详见《A novel durable anti-icing slippery surfaces with dendritic porous structure》