水合物冷藏被认为是一种新型节能技术。与传统冷藏介质相比，水合物具有明显优势，如适宜的热量和相变温度。因此，它被认为是冷藏的有前景候选产品，并引发了大量研究。然而，在制备水合物的过程中，最初形成的水合物层可能会附着在热交换器的壁上。由于水合物的热导率较低，随着水合物层的增加，热传导热阻和系统能耗增加。因此，水合物的粘附行为一直是科学家们头疼的问题。

 针对这一挑战，华南理工大学化学与化工学院王燕鸿、樊栓狮团队研究制造了既具备超疏水性又具有热导率的CS表面。设计了一个烧结铜微观结构，以提供耐用性和相互连接的导热主链。超疏水性石墨氟化物（CF1.1设计用于防水，环氧树脂（EP）则用于增强铜框架与纳米碳纤维素之间的结合强度。获得的铜尺寸为50微米的CS表面形态如图1所示。该表面由铜和疏水CF1.1 纳米颗粒组成。

图1 CS表面的SEM图像，从低倍（a）到高倍率（b）

 水合物的附着力如图2所示。铜板与CyC5水合物之间的附着力过大，为>3.44 mN/m，超出了MMF装置的测量范围。CS表面的水合物附着力仅为0.01 mN/m，至少比铜板低99.7%。CS表面优异的抗水合物附着性能有效避免 水合物热导率低导致系统能耗持续减少。

图 2. 铜板和铜尺寸CS表面的水合物附着力

 不同 CS 厚度（50–100 微米）的 c-CS 的热导率如图3所示。理论预测结果显示，当涂层厚度为100微米时，50微米铜径下的c-CS热导率降低<15.7%。因此，尺寸为50微米的多孔<铜设计合理，确保在厚度为100微米的涂层下整体热导率降低<20%。

图3 不同CS厚度的c-CS热导率预测

 相关工作成果近日以 “Development of a composite structured surface for durable anti-hydrate and enhancing thermal conductivity”为题发表在化工领域国际期刊《International Journal of Heat and Mass Transfer》（192, 2022, 122909）。文章通讯作者为华南理工大学化学与化工学院樊栓狮教授，第一作者为华南理工大学化学与化工学院博士生张文娟，论文作者还包括化学与化工学院王燕鸿副研究员、郎雪梅副研究员和李刚教授。该研究得到了中国国家自然科学基金（21736005和51876069）、国家重点研发计划（2017YFC0307303和2016YFC0304006）以及111项目（B20003）的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0017931022003829?via%3Dihub