户外工程装备的表面结冰，尤其是关键零部件结冰，将严重影响装备服役功能及性能，甚至造成严重经济损失和人员伤亡。已有被动防冰技术需进一步提高防冰效果，已有主动及主被动耦合防除冰方法仍需消耗大量电能。如何实现高效防除冰且消耗更少能量是目前防除冰技术发展的目标需求。

近期，我院陈少华教授课题组受启于石墨烯泡沫材料的优异电学性能，结合已有防除冰技术，提出一种高效、节能、多环境适用的电热-光热-主被动协同防除冰方法。将PDMS硅橡胶封装的石墨烯泡沫材料粘结于受保护基底，作为导电层，将氮化钛和二氧化硅纳米颗粒喷涂于导电层表面，以获得光热效应及超疏水浸润性表面，最终形成一种新型防除冰复合层状涂层材料（简写为GFPC，见图1）。

该涂层材料的电热能量转换率高达90%以上。利用石墨烯泡沫材料连续网络结构，可大幅度提高电-热转换效率。1V电压即可将零下几十度表面温度在400s内提高至零度以上，而已有研究需要 10 V以上电压才能获得同样效果；1.5伏电压可将表面温度在200秒内从室温提高到150摄氏度以上，而已有电热技术需要几十伏电压才能获得约100度的峰值温度。

光照作用可进一步降低表面水滴防结冰所需临界电压（见图2），且光电耦合作用下可获得单场作用下更快、更充分的表面除冰和除霜效果（见图3）。

该方法不仅大幅提高了电热能量转换利用率，且日光作用下可进一步节省能源；不仅能服役于白天环境，亦能在夜间获得高效防除冰功能。对重要工程设备关键精密部件的防除冰需求具有重要应用前景。

上述成果以“High-efficient anti-icing/deicing method based on graphene foams”为题，发表在材料化学领域顶级期刊ACS Applied Materials & Interfaces (2023) 15, 43026。(文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c09360 )

课题组相关代表性成果亦可参考Nanoscale (2021) 13, 7810；Chemical Engineering Journal (2022) 450, 138429； Science China-Technological Sciences, (2023) 66, 987等。

图1 石墨烯泡沫底层和纳米颗粒填充聚合物涂层组成的GFPC复合层状结构涂层材料；制备过程示意图（上图）；涂层用于白天和夜间防/除冰（下图）。

图2 无外场、单一电场、光电场协同作用下GFPC表面液滴结冰过程（15%为TiN纳米颗粒质量分数）。

图3 GFPC-15%表面除冰和除霜性能。(a) 1V电压下GFPC-15%表面冰粒的融化及去除过程；(b) 不同外场下GFPC-15%表面除冰时间；(c) 1V电压单独作用及1V电压与0.8个日光耦合作用下GFPC-15%表面除霜过程和 (d) 覆冰面积分数的变化。