.1422 工程科学学报.第43卷.第10期 表1不同表面冰粘附强度大小以及相应的测试方法和测试参数 Table 1 Different surface ice adhesion strengths and corresponding test methods and test parameters Reference Adhesion Method Test Area Probe Probe freezing freezing strengh/kPa temperature/C square/mm2 speed/(mm's)height/mm time/h temperature/C 28] 10±7 Horizontal shear -10 24 0.1 4 -20 [29 15.6±3.6 Horizontal shear -10 2 0.1 <1 -20 31] 2.5±0.3 Horizontal shear -15 0.5 -18 [321] 4.270.92 Horizontal shear -20 100 0.5 2 [B5] 27.0±6.2 Horizontal shear -15 5 -15 [36 55±15 Horizontal shear -18and-60 314 0.01 41) 5.20.4 Horizontal shear -18 595 0.01 <1 -18 42 13.0±1.3 Horizontal shear -18 595 0.01 <1 -18 [44 6.00.9 Horizontal shear -18 595 0.01 <1 -18 45) 38.3±0.5 Horizontal shear -18 595 0.01 <1 2 -18 [46 Horizontal shear -100r-20 0.074 [50] Horizontal shear -25 225 0.1 -25 [5] 4.8±2.0 Horizontal shear -15 176 0.05 0.5 1 24 185.3±83.7 Horizontal shear -15 100 1.3 -15 [30 40±3 Vertical shear -20 68 [38] 5.7 Vertical shear -30 176 0.01 0.5 -30 [40] 0.2 Vertical shear -10 [49 0.9 Vertical shear -18 14 0.002 -18 210 86.2±29 Centrifugal test -10 96 [22] 72±12 Centrifugal test -10 界面处的热应力的释放等.由此产生的误差未被 Test at temperature-15 C 消除，导致冰粘附强度测量结果可重复性差6 nitrogen atmosphere 此外，目前的研究主要集中于模制冰的粘附 强度，而对于其他类型的结冰研究较少.如何在测 Height I cm 试过程中模拟不同结冰环境下的结冰情况，探讨 Shear force Moulded ice 不同类型冰在低冰粘附强度表面的粘附强度并制 Probe speed 0.1 mm's freeze for 2 h Contact area 定出一套标准也是亟待解决的问题 Probe height 3 mm I cm2 Substrate 3总结与展望 图13建议的测试标准示意图4 低冰粘附强度表面作为一种被动式除冰手 Fig.13 Schematic diagram of the proposed reference test 段，其基本思路是使表面的冰容易滑移或发生界 面断裂被去除，依据除冰策略的不同可以分为四 平均偏差达到23.9%6侧只有在同一套测试标准 类表面.(1)低表面能表面只是对裸露的基底进行 下，不同机构的实验结果才可能具有可比性 化学改性，并达不到低冰粘附强度要求.但化学改 Ronneberg等Il提出一种冰粘附强度测试的标准， 性的方法在实际应用中可以与其他表面相结合， 如图13所示.本文建议在此测试标准的基础上， 几乎所有低冰粘附表面均为低表面能表面：(2)润 将80%湿度变为氨气气氛以防止结霜. 滑表面上的冰粘附强度极低，并且兼具防冰效果， 2.2低冰粘附强度表面测试面临的问题 但通常SLIPs使用寿命较短，而自润滑表面通常为 冰粘附强度测试中，界面处非人为的局部应 有机凝胶或水凝胶，机械性能差并且难以作为涂 力集中的问题常常会被忽略，其引发因素包括样 层使用.润滑表面如何大规模进行制备也是研究 品表面粗糙度的非均匀性、冰的微观结构、冰-固 的重点.此外，研究者对于润滑表面耐久性的表征平均偏差达到 23.9% [64] . 只有在同一套测试标准 下 ，不同机构的实验结果才可能具有可比性 . Rønneberg 等[14] 提出一种冰粘附强度测试的标准， 如图 13 所示. 本文建议在此测试标准的基础上， 将 80% 湿度变为氮气气氛以防止结霜. 2.2    低冰粘附强度表面测试面临的问题 冰粘附强度测试中，界面处非人为的局部应 力集中的问题常常会被忽略，其引发因素包括样 品表面粗糙度的非均匀性、冰的微观结构、冰−固 界面处的热应力的释放等. 由此产生的误差未被 消除，导致冰粘附强度测量结果可重复性差[65] . 此外，目前的研究主要集中于模制冰的粘附 强度，而对于其他类型的结冰研究较少. 如何在测 试过程中模拟不同结冰环境下的结冰情况，探讨 不同类型冰在低冰粘附强度表面的粘附强度并制 定出一套标准也是亟待解决的问题. 3    总结与展望 低冰粘附强度表面作为一种被动式除冰手 段，其基本思路是使表面的冰容易滑移或发生界 面断裂被去除，依据除冰策略的不同可以分为四 类表面. （1）低表面能表面只是对裸露的基底进行 化学改性，并达不到低冰粘附强度要求. 但化学改 性的方法在实际应用中可以与其他表面相结合， 几乎所有低冰粘附表面均为低表面能表面；（2）润 滑表面上的冰粘附强度极低，并且兼具防冰效果， 但通常 SLIPs 使用寿命较短，而自润滑表面通常为 有机凝胶或水凝胶，机械性能差并且难以作为涂 层使用. 润滑表面如何大规模进行制备也是研究 的重点. 此外，研究者对于润滑表面耐久性的表征 Contact area 1 cm2 Test at temperature −15 ℃ nitrogen atmosphere Shear force Probe speed 0.1 mm·s−1 Probe height 3 mm Substrate Height 1 cm Moulded ice freeze for 2 h 图 13    建议的测试标准示意图[14] Fig.13    Schematic diagram of the proposed reference test[14] 表 1 不同表面冰粘附强度大小以及相应的测试方法和测试参数 Table 1 Different surface ice adhesion strengths and corresponding test methods and test parameters Reference Adhesion strengh/kPa Method Test temperature/°C Area square/mm2 Probe speed/(mm·s−1) Probe height/mm freezing time/h freezing temperature/°C [28] 10±7 Horizontal shear −10 24 0.1 <1 −20 [29] 15.6±3.6 Horizontal shear −10 24 0.1 <1 −20 [31] 2.5±0.3 Horizontal shear −15 0.5 2 −18 [32] 4.27±0.92 Horizontal shear −20 100 0.5 2 [35] 27.0±6.2 Horizontal shear −15 5 −15 [36] 55±15 Horizontal shear −18 and −60 314 0.01 <1 [41] 5.2±0.4 Horizontal shear −18 595 0.01 <1 2 −18 [42] 13.0±1.3 Horizontal shear −18 595 0.01 <1 2 −18 [44] 6.0±0.9 Horizontal shear −18 595 0.01 <1 2 −18 [45] 38.3 ± 0.5 Horizontal shear −18 595 0.01 <1 2 −18 [46] Horizontal shear −10 or −20 0.074 [50] Horizontal shear −25 225 0.1 3 −25 [53] 4.8±2.0 Horizontal shear −15 176 0.05 0.5 1 [24] 185.3±83.7 Horizontal shear −15 100 1.3 2 −15 [30] 40±3 Vertical shear −20 68 [38] 5.7 Vertical shear −30 176 0.01 <2 0.5 −30 [40] 0.2 Vertical shear −10 [49] 0.9 Vertical shear −18 14 0.002 <1 24 −18 [21] 86.2±29 Centrifugal test −10 96 [22] 72±12 Centrifugal test −10 · 1422 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期