如图所示为在75%湿度和269K温度的情况下在biphilic表面形成的液滴。随着液滴的聚集，液滴体积变大，液滴的位置变得更加无序。图片来源:堪萨斯州立大学的Amy Betz。

如果你有曾经在机场跑道上等待飞机脱冰，移除冰箱中所有的食物的冰箱除霜，或者因为刮掉汽车挡风玻璃的冰渣而迟到的经历时，你就明白冰可以造成很头痛的麻烦。

堪萨斯州立大学机械工程教授Amy Betz指出：“凭直觉，人们就知道霜是坏现象。”Amy Betz和同事开发出一种可以显著延缓结霜的表面，该表面即使在温度下降到零下6摄氏度时，依然不形成冰。这种疏水表面biphilic具有潜在的应用价值。研究人员将其结果发表在《应用物理快报》上。

之前其他研究团队的研究主要集中在超疏水表面的防霜性能。一般来说，超疏水表面会在水滴冻结之前通过排斥作用防止结霜。然而，很少有人研究表面疏水性和亲水性混合区域。

Amy Betz有关于biphilic表面沸腾实验的工作经验。在2012年，她和同事就发现，与均匀的润湿性表面相比，超亲水表面和超疏水六边形点会在沸腾时最有效地进行热量的传递。她想研究清楚类似“人格分裂”的表面是否影响冰的形成。

于是Betz连同堪萨斯州立大学机械工程教授的 Melanie Derby和学生Alexander Van Dyke和Diane Collard，开发出三种不同模式的biphilic表面。每个表面包括疏水性基底和亲水性圆圈。两个表面的圆圈是200微米，排列在一个网格中，就像四面的骰子。表面也可以交错，就像五面的骰子。第三面较小，约25微米的圆圈排列在一个网格。研究人员也做了纯粹的疏水表面和纯粹的亲水表面进行对比。

经过表面测试，研究团队在一系列温度和湿度下持续三个小时观察霜的形成。形成冰晶时温度最高的表面为亲水表面，约零下1 - 2摄氏度。疏水表面结冰的温度比前者低1摄氏度。biphilic表面最成功，在60%相对湿度的条件下，三个小时后，所有biphilic表面在零下6摄氏度时才会结冰。

研究人员解释冰性能归因于biphilic表面不同寻常的凝结和聚结动力学。最初形成在疏水性和亲水性区域的小水滴直径约5微米，随着液滴的成长，液滴之间进行聚集，并成为亲水性斑点。每次液滴与另一液滴的聚集使得表面张力的能量得以释放，这是因为新液滴的表面总面积小于两液滴之和。新滴尺寸也较大，增加了移除冻结需要的能量。这两种因素都推迟了水滴的冻结，研究人员说。

研究人员认为biphilic模式最大的优势是凝聚水滴提供的冰延迟性能。“我们正致力于星状的最大化聚结的研究。”Betz说。表面的大小和形状也可以在特定的温度和湿度环境中起到调制冰结成的作用。

研究人员在硅片表面涂上一层薄薄的疏水性物质并应用于半导体行业。该表面强度高，足以承受数百小时的测试。但Betz表示，商业应用的耐霜表面应具有更高的强度。飞机机翼是一种显而易见的应用，其他还包括冰箱、空调、发电厂的风冷冷凝器。

Betz说：“我第一次来到堪萨斯州时正是炎热和潮湿的夏天，很多人都对空调的冷冻存在一些问题。这是一种常见的问题，由于气流不足或制冷剂水平低导致交流部分出现冰霜，迫使房主不得不关掉空调进行除霜。也许biphilic表面会有助于解决此问题。”

资讯来源:美国研究所物理。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼     校正：摩天轮