冰的缓解是航空航天，能源基础设施和运输部门的关键挑战。传统的主动除冰技术，如热焦耳加热，机械振动和化学喷雾，往往受到效率低下或高能耗的限制。灵感来自荷叶的憎水特性，导致超疏水表面的发展成为一种有前途的防冰策略。由于其能源效率，低运营成本和实用性，超疏水防冰近年来引起了广泛的研究兴趣。然而，关键的是要认识到超疏水性并不固有地赋予防冰特性。超疏水表面的防冰能力源于其排斥水，减少冰核形成位点，限制通过CB微结构中的气穴传热以及促进液滴弹跳的能力。只有当微纳米结构和液滴在低温下保持气穴，保持CB状态时，才能实现防冰性能。现有研究表明，室温下的超疏水性极易受到温度、湿度等环境因素的影响，通常导致从超疏水性到疏水性的转变，从而导致防冰性能下降。然而，大多数关于超疏水防冰的研究未能解决低温下的接触角或其变化的机制。因此，有必要研究在低温下的接触角，并阐明影响CB到Wenzel状态转变的因素，以推进这一领域。

  根据经典的润湿模型，表面疏水性与微纳米结构内在地联系在一起。因此，具有优异的防冰性能和稳定性的微纳米结构表面的制造已经成为一个关键的研究目标。通过制造技术和表面结构设计的创新，已经取得了重大进步。例如，víctor Rico等人将表面纳米结构与碳氟化合物分子的化学接枝相结合，实现了近四个小时的冻结延迟，并在风洞实验中证明了冰的积累明显减少。Shu等人实现了进一步的发展，他们开发了一种将纳秒激光纹理化与溶胶-凝胶技术相结合的新方法来制造激光纹理化的 @SiO2在铜基底上 @ PDMS复合保护层。这种表面表现出优异的自清洁，机械耐久性，防冰，和抗腐蚀性能，冻结延迟时间和冰粘附强度分别达到未经处理的铜表面的3.33倍和1.99%。邓等人设计了具有双尺度结构的分层表面，创造了 “盔甲状” 微观结构，实现了强大的超疏水性。Zhong等提出了一种超疏水微纳结构的双能垒设计策略，显著增强了CB状态的稳定性，实现了延长冻结延迟和降低冰粘附强度。这些研究提供了有价值的见解，并展示了有希望的结果。然而，对超疏水结构的现有研究主要集中在单周期或非周期设计上，忽略了双周期结构在防冰应用中的潜力。

  激光烧蚀被认为是制造超疏水表面的高效，精确和通用的方法。以前的研究主要集中在优化参数，如激光重复率，扫描速度和脉冲宽度，以实现改进的表面结构，导致相对简单的设计。最近，双光束烧蚀因其独特的时空能量分布而引起了人们的关注，为微纳结构的制造提供了新的可能性。例如，Mildner等人利用飞秒双光束烧蚀与受控时间延迟来识别与铝合金在不同延迟时间的四种不同的相互作用机制，证明了纳秒级的延迟可以有效地分解团簇、纳米颗粒和较大的液滴。类似地，周等人探索了一种空间双脉冲激光烧蚀方案，通过优化两个分裂激光脉冲之间的空间相互作用，提高硅基板上纳秒激光加工的质量和效率。尽管取得了这些进展，但关于双光束消融在超疏水防冰中的应用的研究仍然有限。尽管Yuan等人采用纳秒双光束烧蚀来制造封闭的溜槽结构，提高了防冰性能。然而，在这种情况下，双光束消融的具体机制和贡献仍然知之甚少，需要进一步研究。双光束纳秒激光延迟引起的热相互作用促进了双周期系统中的分层结构化，而次级脉冲对表面纳米结构的平滑作用减少了固液接触面积，从而提高防冰性能。

  在这项研究中，双光束飞秒激光被用来精确控制时间延迟和能量比，与单束工艺相比，能够以更高的精度制造微纳结构。通过改变激光扫描间距和调整主次结构的深度比，成功制作了双周期结构，进一步提高了静态防冰性能。研究结果表明，超疏水表面的静态防冰性能与室温接触角相关性不强，而是在低温下表现出与接触角更强的关系。常规的超疏水结构在低温下倾向于失去其超疏水性，导致防冰功效的显著下降。相比之下，双周期结构由于其高度变化而为水滴提供了增强的支撑，从而提高了防冰性能。最终，在-15 °C的条件下实现了476 s的静态结冰延迟时间，清楚地证明了双周期结构在极端寒冷环境中的有效性。此外，双周期结构在盐水浸泡，高温，高速水流冲击和砂纸磨损试验中表现出增强的防冰能力，与单期结构相比。这些结果表明，直接使用双光束飞秒激光制造的dpmn在先进的防冰应用中具有相当大的潜力。

文章出自： DOI: 10.1016/j.optlastec.2025.113722。

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