一种应用于低温高湿环境的持久性防冰导线及制备方法

技术领域

本发明属于防冰材料制备领域，具体涉及一种应用于低温高湿环境的持久性主动防冰导线及制备方法。

背景技术

结冰是一种常见的自然现象，给暴露的基础设施带来了诸多安全问题。例如，输电线路覆冰严重威胁铁路、电力、网络和电信系统的安全运行。目前已有许多研究人员做出了努力来设计耐用的防冰表面以防止覆冰对输电线路造成的损坏。受荷叶启发，超疏水表面(SHPs)因其微纳级粗糙结构和低表面能被认为是理想的防冰表面。SHPs微纳级粗糙结构内部存在大量空气“气垫”，使液滴形成Cassie状态(即液体与固体间不完全接触，存在气体)。然而SHPs在低温高湿环境中易失效。水蒸气会无差别的在超疏水表面微米凸起结构的顶端、侧面及底部区域出现，导致超疏水表面变为亲水表面，进而使防冰性能丧失。水滴会发生Cassie到Wenzel状态的转变(即液体与固体间紧密接触，界面不包含气体)。随后微结构中的结霜会加速覆冰的形成，使冰与微结构形成互锁，加大除冰的难度。受猪笼草启发，将润滑油或润滑液注入多孔表面(SLIPSs)的技术思路被引入。SLIPSs用润滑油代替空气，表现出优异的抗结冰性能。滞留在多孔表面内部的润滑油膜表现出非润湿特性，降低了冰粘附。SLIPS上的水滴虽处于Wenzel状态，但由于填充在多孔结构中的润滑剂，可有效减缓或抑制低温高湿度环境下水蒸气在微结构的冷凝结霜引起的像SHPs一样失效。此外，SLIPS的自修复能力使其抗结冰性能在润滑剂流失后能够快速恢复。因此，SLIPSs在防覆冰领域具有潜在的应用价值。

然而，SLIPS在实际应用中遇到了润滑油消耗过快导致的持久性不够的问题。研究发现，在多孔结构中，毛细管力是保持润滑油的重要因素。毛细管力是指毛细管中能使与其管壁润湿或非润湿的液体自然上升或下降的作用力，其大小与孔径成反比。也即是说，在孔径深度一致的情况下，孔径越小，毛细管力越大，进而多孔结构中储存的润滑油越难消耗；反之孔径越大，润滑油就越容易消耗。然而，大孔径结构却可以比小孔径结构储存更多的润滑油。现有研究发现，复合孔结构具有可以结合两种不同孔径单孔的优点，进而有潜力同时解决储存更多润滑油和减少润滑油损耗的问题。

然而，制备防冰持久性好的复合多孔结构，仅仅考虑润滑油的储存和耗损问题还远远不够。在实际应用中，特别是低温高湿的环境下，防冰导线的表面尽管是疏水表面，但也会出现部分覆冰。而随着覆冰的进行，防冰导线表面的覆冰量逐渐增大，当覆冰的本身重力大于其与导线表面的冰粘附力时，冰块会发生自动脱冰进而可能使导线发生脱冰跳跃或是舞动，而大振幅的脱冰跳跃或舞动会损坏导线，缩短导线的寿命，严重威胁输电线路的安全运行。我国规划的新型电力系统建设，其中包括藏东南新能源基地特高压送电工程，将不可避免经过(超)高海拔、重覆冰地区。由于藏区高原路况崎岖、人迹罕至，线路覆冰后的直流融冰技术难以实施或实施难度很大、成本很高，造成线路运维困难，亟需具有主动防冰能力的导线投入使用。其次，目前采用的被动除冰技术主要是电流融冰技术，但电流融冰需要停电，覆冰严重时可能耗费数小时或数十小时来进行融冰，500kV直流融冰装置约3000-5000万元/套，220kV直流融冰装置约2000万元/套，且几乎每年覆冰季都要停电融冰，耗费大量人力物力及停电期间直接间接经济损失。最后，一般情况下，220kV的主网才会进行融冰，中低等级输电线路及配网和地线目前没有有效的防冰/除冰措施。基于此，现有技术亟需提供一种从材料本身性能出发，从覆冰初期开始抑制或减缓覆冰的持续形成、使用寿命更长的防冰导线。

现有技术CN2021108203856公开了一种具有复合孔的自修复防冰导线。该防冰导线上的复合孔为双层结构，外层孔径大内层孔径小，内外层孔深一致，内层孔装填修复剂，外层孔包含空气气垫。可见，该专利方法仅在内层孔中装填了修复剂(修饰剂)，因此整体修复剂的储存量是比较有限的。此外，该复合孔结构内外层孔深一致，因此自修复次数和自修复速度也不够，不能满足在(超)高海拔、重覆冰地区极端天气环境下的长期使用。特别是，该导线的双层孔结构的外层为空气垫，一旦与覆冰发生互锁，则会导致除冰极为困难。

综上所述，仍需要进一步深入研究防冰材料，以期获得使用寿命更长、性能更新的防冰导线。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于低温高湿环境下主动防冰的导线及制备方法，具体技术方案如下。

一种用于低温高湿环境的主动防冰导线，所述主动防冰导线为在铝基底上生成的树枝状复合多孔结构，所述树枝状复合多孔结构为上下两层排列的结构，上层孔的孔径小于下层孔的孔径，其孔径比为1:3～1:2；所述上层孔与所述下层孔的孔深比为小于1:2、1:3或1:5；所述上层孔与所述下层孔的孔数量比为4-6:1；所述上层孔和所述下层孔内部均装填满修饰剂和润滑油；所述树枝状复合多孔结构的表面孔隙率为50％-66％。

进一步，所述上层孔与所述下层孔的孔深比为1:3～1:2。

在一些实施例中，上层与下层孔的孔深比为小于1:2。

进一步，所述树枝状复合多孔结构的表面孔隙率为66％。

进一步，所述树枝状复合多孔结构的孔间隙为10-38nm。

进一步，所述树枝状复合多孔结构的总孔深为5-31μm。

优选的，所述树枝状复合多孔结构的总孔深为9-31μm。

进一步，所述主动防冰导线的表面冰粘附强度为不大于5kPa。

进一步，所述树枝状复合多孔结构中填充的修饰剂为硅烷-乙醇(其中，硅烷作为修饰剂，乙醇的作用是让硅烷分散在溶液中，即浓度降低。最终硅烷分子接枝到复合孔表面上对孔表面进行修饰，而乙醇挥发。)；润滑油为非挥发润滑油，可选的种类包括全氟聚醚、硅油、离子液体或各类粘度大于50cps的润滑油中的任意一种。

上述主动防冰导线的制备方法，所述制备方法包括两次阳极氧化和1次扩孔操作，具体步骤如下：

1)第一次阳极氧化：将铝基底洗净置于H

2)第二次阳极氧化：将步骤1)得到的产物置于H

3)扩孔：将生成的双层孔产物浸泡于H

4)填充修饰剂和润滑油：利用真空灌注法往步骤3)得到的树枝状复合多孔结构中填充修饰剂硅烷-乙醇以修饰孔结构，然后再填入润滑油。

进一步，在步骤2)第二次阳极氧化中调节铝离子浓度范围为600-1000mg/L。调节方法包括直接添加含铝离子的化合物；或者在新配置的电解液中增加约40％的旧电解液，以使铝离子浓度达到满足要求的范围。

进一步，步骤4)中的硅烷-乙醇的质量百分数为2wt.％。

有益技术效果

本发明提供了一种用于低温高湿环境下主动防冰的防冰导线，相较于现有技术的防冰导线，具有两个突出优势：1)显著延长的使用寿命；和2)具有更低的表面冰粘附强度从而实现主动防冰。

首先，本发明提供的主动防冰导线为树枝状复合多孔结构，在所有孔结构中装填入修饰剂和润滑油。通过复合孔多维度的巧思设计，上层孔径小，可以减少润滑油的消耗；下层孔径大，可以储存更多的润滑油；此外上层孔紧密排列，使上层孔数量:下层孔数量达到4-6:1(整个复合孔结构横截面呈现出树枝状)，因此本发明的树枝状多孔结构比传统单层孔结构能够储存更多的润滑油。进一步，再优化上下孔深比例使孔的自修复速度最快(时间最短)。因此，经过复合孔多维度特征的协同作用，最终实现这种树枝状复合多孔结构储存的修饰剂量大，消耗慢，孔的自修复速度快，进而达到这种防冰导线的使用寿命显著延长。

其次，本发明的主动防冰导线进一步通过优化表面孔隙率和孔间隙，使防冰导线的表面冰粘附力强度达到不大于5kPa，远远小于现有技术中设定的20kPa的临界值(根据覆冰厚度30cm进行设定)。在我国行业标准中，设定导线上的覆冰厚度达到30cm时需要进行停电融冰，因为此时覆冰本身的重力即将大于其与导线表面的冰粘附强度(20kPa)，冰块极容易发生自动脱冰而导致导线发生脱冰跳跃或是舞动，而大振幅的脱冰跳跃或舞动会损坏导线，缩短导线的寿命。而本发明导线表面冰粘附强度仅为不大于5kPa，在该导线上覆冰的厚度远远达不到30cm就会自动脱冰，一方面无需进行成本高昂的停电融冰操作，另一方面脱下的冰不会导致导线发生大振幅的脱冰跳跃或舞动，进而保护了导线的寿命，达到了主动防冰的目的。

最后，本发明提供了所述树枝状复合多孔结构的制备方法，包括两次不同酸溶液的阳极氧化和一次扩孔操作。该方法主要通过控制氧化电流和氧化时间获得不同孔深比和总孔深的树枝状多孔结构。通过控制铝离子浓度或扩孔时间获得不同孔隙率的树枝状多孔结构。最终得到多特征协同起作用的同时具备持久性和主动防冰特性的防冰导线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明树枝状多孔结构电镜图；

图2为不同的孔深比率下样品的形貌特征图(上层孔：下层孔的深度比分别为(a)1:0、(b)2:1、(c)1:1、(d)1:2、(e)1:3、(f)1:5)；

图3为不同孔深比率下储存的润滑液的初始量和不同孔深比率下的自修复次数柱状图(a：润滑油初始量、b：自修复次数)；

图4为不同孔深比率下的自修复时间曲线图；

图5为不同孔隙率的多孔结构的表面形态和横截面形态(孔隙率分别为a.37％、b.50％、c.66％、d.72％)；

图6为不同孔隙率的放大图；

图7为慢速水滴落实验中不同孔隙率的初始润滑油量和自修复时间实验图(a.初始润滑油量；b.自修复时间)；

图8为慢速水滴落实验中不同孔隙率的CA、CHA和表面形态实验图(a.CA、b.CHA、c.脱落900滴水后的表面形态)；

图9为冰粘附强度随孔隙率变化图；

图10为孔间隙一致时不同孔结构的体积对比图(a.单层孔结构vs.简单复合孔结构、b.单层孔结构vs.树枝状复合孔结构)；

图11为传统单层孔表面和树枝状多孔表面的结霜/除霜循环实验图(a.结除霜循环对冰粘附力的影响，b.结除霜循环CA值，c.结除霜循环对润滑油保持率的影响，d.不同孔结构的结霜颗粒大小对比)；

图12为传统单层孔表面和树枝状多孔表面的结霜/除霜循环实验图(a.未进行结除霜循环时不同孔结构的结霜时间和结霜状态，b.结除霜循环140次时不同孔结构的结霜时间和结霜状态)；

图13为不同铝离子浓度形成的树枝状复合孔表面形貌图；

图14为不同氧化时间或电流密度形成的树枝状复合孔表面形貌图；

图15为不同氧化时间或电流密度下的样品的冰黏附强度图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

如在本说明书中使用的，术语“大约”，典型地表示为所述值的+/-5％，更典型的是所述值的+/-4％，更典型的是所述值的+/-3％，更典型的是所述值的+/-2％，甚至更典型的是所述值的+/-1％，甚至更典型的是所述值的+/-0.5％。

在本说明书中，某些实施方式可能以一种处于某个范围的格式公开。应该理解，这种“处于某个范围”的描述仅仅是为了方便和简洁，且不应该被解释为对所公开范围的僵化限制。因此，范围的描述应该被认为是已经具体地公开了所有可能的子范围以及在此范围内的独立数字值。例如，范围

本发明所述的“主动防冰导线”是指导线从覆冰初期开始抑制或减缓覆冰过程的持续形成，其主要是通过低于常规防冰导线的表面冰粘附强度(20kPa)来实现。

本发明所述的“孔隙率”是指横截面的表面孔隙率，孔隙的面积(A

本发明所述的“孔间隙”是指横截面上孔与孔之间的距离。

实施例1

制备

树枝状多孔结构的防冰导线的制备方法

1)将铝板切割成2.5×2.0×0.1cm

2)将步骤1)中制备得到的树枝状多孔结构浸泡在硅烷-乙醇(2wt.％)溶液中进行孔的修饰，以增加润滑油对表面的亲和力。为了保证纳米孔结构完全被修饰剂填充，本实施例采用真空灌注法。具体操作，将制备出多孔的样品被放置在真空容器中5小时，以清除孔隙中的空气。再将润滑油注入样品孔结构中并保存12小时。取出样品，用压缩空气将多余的润滑油从表面吹走。最后，成功地完成了润滑表面的制备。

传统单层孔结构的防冰导线的制备方法

1)将铝板先在H

2)按照树枝状多孔结构的防冰导线的制备方法步骤2)类似的方法往单层孔结构中填充修饰剂。

实施例2

树枝状多孔结构鉴定

最佳孔深比和孔隙率实验

1.表征

通过场发射扫描电子显微镜(SEM,Zeiss Auriga,Germany)对其表面和截面形貌进行了表征。接触角(CA)由接触角测量仪(SINDIN,SDC-350，中国)进行测试。水滴体积为3μL。将液滴体积从3μL增加到6μL，将液滴体积从6μL减少到3μL，测量样品表面的前进接触角和后退接触角。利用前后角之差计算接触角滞后。

通过润滑油注入前后多孔表面质量的差异，可以得到树枝状多孔表面的初始润滑油量(m

采用水滴脱落试验研究了树枝状多孔表面的润滑油损失和自修复性能。液滴由连接在蠕动泵上的注射器产生(Rongbai,BT100-2J，中国)。注射器针头与样品之间的距离为1cm。在倾斜30°的试样上连续沉积8μL大小的水滴。在这个过程中，润滑油被移动的液滴带走，造成润滑油损失。为了测试润滑油损失后样品的自修复性能，液滴以180滴/分钟的沉积速度快速沉积在样品上。当孔隙顶部的润滑油几乎失去，并且SLIPS的滑性能消失(作为表面润滑剂耗尽的标准)时，关闭蠕动泵。然后将样品放置在室温下，直到在多孔表面形成一层润滑剂薄膜，这被认为是完全自愈，并记录自愈时间。对修复后的样品重复水滴脱落试验，直至自修复时间超过48小时(即考察了48h的自修复速度，假设极端天气一般持续时间为48h)。为了研究树枝状多孔表面的润滑油损失率，将水滴缓慢沉积在倾斜表面(30滴/分钟)。在不同时间测量样品的接触角(CA)、接触角滞后(CAH)和显微图像。

备注：防冰导线的自修复并不是发生在每一滴水滴落到导线上，本实验发现是180滴以后才会发生一次自修复。因此低温环境下水滴低落会结冰，因此本实验在常温下进行实际上是一种加速实验。

2.结果

2.1.最佳孔深比确定

2.1.1形貌

图2示出了不同的孔深比率下样品的形貌特征。

2.1.2结构参数

包括表面孔隙率及孔深和横截面孔径和孔间距

表1表面孔隙率及孔深数据

表2横截面孔径和孔间距数据

结论：本发明成功制备了不同孔深比的树枝状多孔表面。由于满足“下层孔面积之和>上层孔面积之和”的要求(详见图10)，因此该树枝状多孔结构相对于传统单孔结构具有更大的体积，能够储存更多的润滑油。

当树枝状多孔结构的上下孔深比为1:2时，其总孔深为9-31μm。本发明实验发现，当孔深大于31μm时，其导线的电阻率会上升，超过0.1131Ω/km(GB/T 1179-2017《圆线同心绞架空导线》规定标准)。

2.1.3.快速水滴脱落实验

图3示出了不同孔深比率下储存的润滑液的初始量，以及不同孔深比率下的自修复次数。

图4示出了不同孔深比率下的自修复时间。

结论：1)树枝状多孔结构比传统单层孔结构能够储存更多的润滑油；由于润滑油的储存容量更大，因此比传统单层孔结构具有更多的自修复次数。2)下层孔的孔深增加会增加润滑油的储存容量(比如1:5的孔深比会比1:2的孔深比储存更多的润滑油)，但实验发现当上下层孔深比为1:3时与上下层孔深比为1:5时的自修复次数一样，说明当上下层孔深比为1:3时达到临界值，而上下孔深比为1:2时仅比1:3少一次自修复次数。3)实验进一步发现，当上下层孔深比很小时(例如1:5)，下层孔的比例增加。润滑油的迁移速度与孔径成反比，孔深比越小，自修复时间更长。4)当上下层的孔深比为1：2时，在整个实验中，自修复时间最短(例如，同样修复7次，绿色曲线对应的左边的时间坐标上，时间最短)，即自修复速度最快。

综上，从润滑油储存量和自修复时间/速度角度综合考虑，最佳的孔深比为上孔：下孔为(小于)1:2。

2.2.最佳孔隙率的确定

2.2.1形貌

图5示出了不同孔隙率的多孔结构的表面形态和横截面形态。

2.2.2结构参数

表3不同表面孔隙率下多孔表面的结构特征

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结论：本发明通过扩孔的操作制备了不同表面孔隙率的树枝状多孔结构。当上下孔深比为1：2时，表面孔隙率为50％-66％。

研究证实，低孔隙率不利于油膜的稳定及润滑表面的抗润湿性，也不利于润滑油的高储存量，即孔隙率的大小与锁油问题相关。但当扩孔操作使孔隙率达到一定比例时，反而使孔壁发生破裂，使上层孔结构坍塌，进而形成微米级腐蚀坑(更大的孔径)，不仅不利于抗润湿性，反而加快了润滑油的耗损。图6示出了不同孔隙率的放大图，可见当孔隙率达到72％以后，孔结构实际上已经发生了损坏。而在制备的多孔结构中，当孔隙率为66％时，其形貌最优。

2.2.3慢速水滴脱落实验

图7和图8示出了在慢速水滴落实验中不同孔隙率的结果图。

结论：进一步证实表面孔隙率的增加会提高润滑油的储存量，同时自修复时间也减少。但表面孔隙率过高时(比如72％)，孔壁有部分坍塌和破损，反而使润滑油的耗损加快。因此从润滑油储存量，损耗量和自修复速度三方面进行综合考量，最佳的表面孔隙率约为66％。

实施例3

树枝状多孔结构孔与孔之间的间隙(孔间隙)确定

1.实验

用实施例1的方法制备树枝状多孔结构，用扫描电镜里面的image J软件测量孔间隙。

2.结果

2.1孔间隙对冰粘附强度的影响

一般情况下，孔与孔之间的间隙与冰粘附强度的大小有关，孔与孔之间的距离越小，冰的粘附强度越小，但当孔与孔之间的距离太小的时候，又会导致除冰时冰与结构表面的摩擦增大，进而损坏孔的结构。图9示出了孔间隙对冰粘附强度的影响。

结论：本发明实验证实，当孔隙率范围为50％-66％时，冰在所述树枝状多孔结构上的冰粘附强度为不大于5kPa，而现有技术中将防冰导线的冰粘附力值设定为不大于20kPa。而本发明实验发现，当减少防冰导线的冰粘附力时，在导线上结冰的体积和厚度会大大减少(远远小于现有技术中覆冰30cm的危险值，即30cm需要进行融冰)，因此当导线上凝结的冰块和冰柱断裂掉落的时候，导线脱冰跳跃或舞动的振幅会显著减少，进而保护了导线的使用寿命。

本发明实验进一步发现，当把冰粘附强度控制在5kPa以下时，本发明方法制备出的孔间隙范围为10nm～38nm。当孔间隙大于38nm，冰粘附强度则会超过5kPa。当孔间隙小于10nm，当在样品表面进行除冰操作时，会损坏孔的结构。

2.2孔间隙一样时不同孔结构的体积

图10示出了孔间隙一致时不同孔结构的体积对比。

结论：孔面积计算公式为：

其中，m、n、k分别代表孔隙的个数，A、B代表孔隙面积，V代表孔隙体积，H代表孔隙深度。对于简单复合孔结构：必有V

但当孔密集排列以至孔间隙足够小就一致时，单层孔的体积(V

而本发明制备的树枝状复合孔，在上层孔紧密排列的同时，尽量增加下层孔的体积，

实施例4

树枝状多孔结构功能鉴定

具有树枝状多孔结构的润滑表面的持久性验证

1.表征：

冰粘附强度的测量。具体来说，样品被固定在环境室的架子上。在样品表面放置空心圆柱塑料模具。模具在大约10毫米的高度注满水。环境室的温度和湿度分别为-15℃和40％。30min后，水完全冻结，形成直径为14.2mm的冰块。力传感器(HANDPI,SH-100N，中国)探头平行于表面，轻轻推动圆柱形模具。探针与样品表面的距离为3mm，加载速度约为1mm/s。记录了模具与试样分离时的最大剪切力，并计算了冰粘附强度。采用结冰/除冰循环测试了SLIPS的耐久性。覆冰过程与冰附强度测试程序一致。然后，机械去除冰块，称为一次结冰/除冰循环。测定循环过程中样品的CA、CAH、冰粘附强度和润滑油保留率。对传统单层孔表面和树枝状多孔表面进行结霜/除霜循环直到树枝状多孔表面的冰粘附强度超过20kPa(抗冰表面自除冰上限)。

在-8℃的Peltier冷却板上进行了结霜实验，测试了SLIPS的抗结霜性能。在平板上用绝缘泡沫形成封闭空间，用加湿器将湿度保持在99％左右。用相机记录结霜的宏观图像，用数码显微镜(MIXOUT,SM-U500，中国)测量微观形貌。当样品表面的凝结水水滴全部冻结时，记录结霜时间。通过结霜/除霜循环测试了SLIPS的耐久性。当放在冷却板上的样品表面完全结霜后，对结霜层进行加热，称为结霜/除霜循环。在循环过程中测量了冰粘强度、CA、结霜时间和润滑剂保留率。对传统单层孔表面和树枝状多孔表面进行了长时间的结冰/除冰循环试验。当冰附强度超过20kPa时，试样放置12h以获得足够的自修复。继续冰/除冰-修复实验直到自修复后的冰粘接强度仍超过20kPa。

2.结果

2.1.结霜融霜循环

图11、图12示出了传统单层孔表面和树枝状多孔表面的结霜/除霜结果。

结论：1)树枝状多孔表面(Y-SLIPS)在第140次结霜/除霜循环时，冰粘附强度超过20kPa，即超过了现有技术设置的临界值，导致在防冰导线上结霜的厚度和体积都增大，进而掉落时会加重导线的舞动。而传统单层孔表面(I-SLIPS)在第100次结霜/除霜循环时就达到了20kPa的临界值。2)随着结霜/除霜循环次数的增加，润滑表面的结霜时间逐渐缩短，说明导线自修复能力下降。树枝状多孔表面在结霜除霜循环次数达到140次时出现结霜能力下降；而传统单层孔表面(I-SLIPS)在更短时间内结霜，说明在结霜环境中，Y-SLIPS比I-SLIPS具有更优异的防霜持久性。

2.2.长期结冰除冰循环

结论：同样以现有技术设置的冰粘附力临界值20kPa作为考量，Y-SLIPS能够承受约190次结冰/除冰循环，这是由于润滑油储存大、润滑油损失慢、自修复及时，进而能保持较低的冰附强度。Y-SLIPS有效的自修复次数为6次，第7次失效。同样的实验条件，I-SLIPS只能承受140次结冰/除冰循环，在第140次结冰/除冰循环时，冰粘附强度超过20kPa；此外I-SLIPS有效的自修复次数为4次，第5次失效。因此，与I-SLIPS相比，树枝状多孔结构制备的Y-SLIPS在结冰环境下具有更好的抗结冰耐久性，使用寿命更长。

实施例5

本发明制备方法对树枝状多孔结构的影响

1.本发明制备方法简述如下：

1)先在H

2)再在H

3)最后将制备好的双层孔隙浸泡在H

本制备方法的难点在于在第二步氧化时，磷酸电解液会溶解已形成的上层草酸孔。控制溶液中铝离子浓度可以控制磷酸溶液对孔壁的化学溶解速度。阳极氧化法是目前制备纳米多孔结构最方便有效的方法，但阳极氧化法制备多层孔结构是一个边形成新孔边溶解旧孔的动态过程，如果没有控制好该过程，很难制备出符合要求的多孔结构。

因此，通过控制氧化电流和氧化时间获得不同孔深比和总孔深的树枝状多孔结构。通过控制铝离子浓度获得不同孔隙率的树枝状多孔结构。氧化时间和电流密度的变化会带来孔深比的变化，也会影响孔表面特征。

2.结果

2.1铝离子浓度对形成的树枝状复合孔表面形貌的影响，见图13。

表4铝离子浓度实验结果

结论：铝离子的浓度范围为600-700mg/L时易于在表面形成紧密排列的小孔，能够达到本发明所述的主动防冰的性能要求。

2.2不同氧化时间或电流密度实验结果，见图14。

表5不同氧化时间和电流密度的实验结果

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结论：通过控制氧化电流(0.08～0.16A/cm)和氧化时间(12-18min)可以得到符合要求的紧密排列的小孔；此外，氧化电流和氧化时间也会影响形成的孔的深度。

实施例6

本发明方法制备得到的树枝状复合多孔结构与现有技术的复合多孔结构对比

表6不同复合孔结构对比

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。