freem

Openai/695e636c-f398-8004-87cf-b62eb2ffe420

Revision as of 06:10, 10 January 2026 by Lukegao (talk | contribs) (by freem.ai...)
(diff) ← Older revision | Latest revision (diff) | Newer revision → (diff)


This conversation was exported from ChatGPT[1]

gpt-5-2-thinking edit

User: Каковы основные экспериментальные методы и теоретические/расчётные подходы, которые используют, чтобы описывать, измеря… edit

Каковы основные экспериментальные методы и теоретические/расчётные подходы, которые используют, чтобы описывать, измерять и прогнозировать адгезию льда к материалам (металлам, полимерам, покрытиям, бетону и т.п.)? Статьи в реферированных журналах на тему адгезии льда за последнии 5 лет. Научные группы, известные своими систематическими работами в области адгезии льда.

Assistant: Ниже — «карта местности» по адгезии льда: что именно измеряют, какими экспериментальными методами, какими теориями/расч… edit

Ниже — «карта местности» по адгезии льда: что именно измеряют, какими экспериментальными методами, какими теориями/расчётами прогнозируют, а также подборка рецензируемых статей 2021–2025 и группы, которые систематически работают в теме.

1) Что именно подразумевают под «адгезией льда» (и почему цифры часто не совпадают) edit

В литературе под ice adhesion обычно публикуют «прочность сцепления» (ice adhesion strength) — пиковое среднее напряжение сдвига/отрыва:

  • τ (shear) в кПа–МПа
  • σ (tensile/normal) в кПа–МПа

Но всё чаще подчёркивают: одной «прочности» недостаточно, потому что отрыв льда — это часто задача межфазного разрушения (fracture), где ключевая величина — межфазная трещиностойкость/вязкость разрушения (interfacial toughness, G или Γ, Дж/м²). В «неправильном» режиме испытания можно сильно ошибиться при интерпретации τ (вплоть до кратных ошибок). ScienceDirect[2]

Дополнительно проблема сравнимости: разные лаборатории получают значения, различающиеся на порядки, даже на одинаковых образцах — из-за различий в типе льда, геометрии, скорости нагружения, температуре, методе. Это показал крупный межлабораторный round-robin. MDPI[3]

2) Основные экспериментальные методы измерения адгезии льда edit

A. По типу нагружения (самая полезная классификация) edit

1) Сдвиг (shear)

  • Push-off / pusher test: цилиндр/брусок льда сдвигают толкателем (самый распространённый «лабораторный» формат).
  • Lap-shear / прямой сдвиг: особенно для бетона/асфальта и «масштабного» льда.
  • Сдвиг в аэродинамических/обледенительных трубах (wind tunnel) — ближе к реальным условиям (rime/glaze, примеси, скорость потока). Обзор и проблемы методик: MDPI[4]

2) Отрыв (tensile / normal)

  • Pull-off: отрыв льда перпендикулярно поверхности (важно для некоторых конструкций и покрытий).
  • В 2025 вышли работы, фокусированные на tensile ice adhesion и сравнении «bulk ice vs surfaces». ScienceDirect[5]

3) Центрифуга (centrifugal adhesion test)

  • Очень полезна для серии измерений и статистики: задаёте ω, получаете критический момент отрыва.
  • Есть отдельные работы про чувствительность метода к параметрам (тип льда, геометрия, температура и т.п.). MDPI[6]

4) Испытания в логике fracture mechanics (клин/изгиб/отслаивание)

  • Цель — извлечь межфазную трещиностойкость и разделить «stress-dominated» и «toughness-dominated» режимы. Именно это направление сейчас быстро растёт. ScienceDirect[7]
B. Как «готовят лёд» (часто важнее, чем сам датчик силы) edit
  1. Bulk water ice (BWI): замораживание в форме/кольце — удобно, но может быть не репрезентативно.
  2. Precipitation / атмосферный лёд: формируется из переохлаждённых капель (rime/glaze) — ближе к реальности.
  3. Иней/фрост: отдельная история (механически и структурно другой «ледяной» материал).

Именно из-за различий в способе образования льда межлабораторные результаты «разъезжаются». MDPI[8]

C. Сопутствующие измерения (без них «адгезия» плохо интерпретируется) edit
  • Шероховатость/топография (профилометрия, AFM, SEM)
  • Химия поверхности (XPS/FTIR/ToF-SIMS)
  • Смачивание: контактный угол, гистерезис, скатывание (но корреляции с льдом не всегда прямые)
  • Механика покрытия: модуль, вязкоупругость, стеклование (DMA)
  • Крио-методы для интерфейса (cryo-SEM и др.) — чтобы понять, где реально проходит разрушение (по границе или «внутри льда/покрытия»)

3) Теоретические и расчётные подходы (как «прогнозируют» адгезию) edit

1) Механика разрушения интерфейса (fracture-based design) edit

Ключевая идея: сила удаления льда определяется не только τ, но и тем,

  • в каком режиме идёт отрыв (stress- vs toughness-dominated),
  • как распространяется трещина по границе,
  • как влияют упругость/вязкоупругость покрытия, дефекты, морфология.

Современные работы прямо предлагают «переформулировать» ice adhesion через fracture-язык и показывают, почему «одна цифра τ» может вводить в заблуждение. ScienceDirect[9]

2) Контактная механика + «замок» шероховатости (mechanical interlocking) edit

Для микроструктур/пористостей важно учитывать:

  • проникновение воды в рельеф до замерзания,
  • образование «якорей» льда,
  • деградацию супергидрофобного состояния из-за конденсации/инея (“ice-pinning”). ScienceDirect[10]
3) Тепломассоперенос и фазовые переходы (icing / accretion models) edit

Для авиации/ветроэнергетики/ЛЭП важно не только сцепление, но и скорость нарастания льда, условия переохлаждения, перенос тепла. Поэтому используют CFD-модели обледенения + эксперимент в icing wind tunnels (часто как часть «валидирующего контура»).

4) Молекулярное моделирование (MD/DFT/ML-потенциалы) edit

На молекулярном уровне сейчас активно изучают:

  • квазижидкий слой (premelting / QLL) на границе лёд–полимер/лёд–твёрдое,
  • динамику разрыва контакта лёд–твёрдое,
  • роль гидрофильности/зарядов/подвижности цепей.

Примеры MD-работ по механике разрыва и сдвиговым напряжениям: ACS Publications[11] (И отдельно — большой NASA-обзор по «designed adhesion» для авиации, где суммируются и MD-линии тоже.) NASA Technical Reports Server[12]

4) Подборка рецензируемых статей 2021–2025 (не исчерпывающе, но «скелет поля») edit

A) Обзоры и «методология измерений» edit
  • Bleszynski et al. (2021) Current Ice Adhesion Testing Methods and the Need for a… MDPI[13]
  • He (2021) Design of Icephobic Surfaces by Lowering Ice Adhesion… (обзор/правила дизайна) NTNU Open[14]
  • Nistal et al. (2023) On the Durability of Icephobic Coatings: A Review MDPI[15]
  • Rehfeld et al. (2024) Round-Robin Study for Ice Adhesion Tests MDPI[16]
  • Zhan et al. (2025) Advances in icephobic coatings: Concepts, mechanisms… ScienceDirect[17]
  • Minoofar et al. (2025) Progress in Icephobic Coatings for Wind Turbine Protection MDPI[18]
B) Fracture-подход и «почему τ недостаточно» edit
  • Stendardo et al. (2023) Reframing ice adhesion mechanisms on a solid surface ScienceDirect[19]
  • Stendardo et al. (2024) Why the adhesion strength is not enough to assess ice adhesion… ScienceDirect[20]
C) Материалы/покрытия (низкая адгезия + долговечность) edit
  • Mohseni et al. (2021) Quasicrystalline Coatings Exhibit Durable Low Interfacial… (ACS AMI) ACS Publications[21]
  • Urata et al. (2021) Durable organogel materials for ultralow ice adhesion… ScienceDirect[22]
  • Azimi Dijvejin & Golovin (2022) Smart low interfacial toughness coatings for on-demand de-icing (Nat. Commun.) Nature[23]
  • H. Zheng et al. (2022) Ice-Shedding Polymer Coatings with High Hardness but Low… (ACS AMI) ACS Publications[24]
  • Dhyani et al. (2022) Surface design strategies for mitigating ice and snow… (Matter) Cell[25]
  • Yang, Dolatabadi & Golovin (2023) Erosion-resistant materials demonstrate low interfacial toughness with ice… (Materials Horizons) RSC Publishing[26]
  • Tian et al. (2023) Anti-ice-pinning superhydrophobic surfaces… (Chem. Eng. J.) ScienceDirect[27]
  • Ouyang et al. (2023) Ultralow-adhesion icephobic surfaces (Nano Research) SciOpen[28]
  • Hernández Rodríguez et al. (2024) Icephobic Gradient Polymer Coatings Deposited via iCVD (ACS AMI) ACS Publications[29]
  • Li et al. (2024) Durable one-component polyurea icephobic coatings… (Chem. Eng. J.) ScienceDirect[30]
  • Yang et al. (2025) Skin-inspired durable de-icing surface… (Natl Sci Rev) OUP Academic[31]
D) Отдельно: дороги/бетон/асфальт (важно для «инженерной» адгезии) edit
  • Tarpoudi Baheri et al. (2021) Ice adhesion behavior of heterogeneous bituminous surfaces (ETH/Empa линия) Research Collection[32]
  • Zhao et al. (2023) Influence of surface characteristics of cement pavement on ice-pavement adhesion ScienceDirect[33]
  • Barker et al. (2024) Bulk adhesion of ice to concrete–strength (Mater. & Structures) Springer Nature Link[34]
  • Kydyrbay et al. (2025) Superhydrophobic and Anti-Icing Coatings on Asphalt… (ACS Omega) ACS Publications[35]
E) Молекулярное моделирование (MD) — механизмы на уровне интерфейса edit
  • Chang et al. (2024) Unraveling Ice–Solid Interface Rupture Dynamics… (Langmuir) ACS Publications[36]
  • Cui et al. (2024) Investigating Shear Stress of Ice Accumulated on Surfaces… (MD-анализ роли квазижидкого слоя) PMC[37]

5) Научные группы/центры, известные систематическими работами по ice adhesion edit

Ниже — те, кто регулярно публикует либо методологию/метрологию, либо физику интерфейса, либо инженерные покрытия с проверкой долговечности:

  1. DREAM Laboratory (Kevin Golovin), University of Toronto — «low interfacial toughness», масштабное de-icing, прочность/износ/эрозия покрытий. DREAM Laboratory[38]
  2. Ali Dolatabadi / MIND Lab (University of Toronto) — wind-tunnel/icing-эксперименты + совместные работы по долговечности и LIT-материалам. MIND Lab[39]
  3. CENGIVRE / UQAC: AMIL и связанные группы (LaRGIS и др.) — один из самых «центрированных» в мире кластеров по обледенению и адгезии (включая стенды, типы льда, индустриальные проекты). UQAC[40]
  4. ETH Zürich / Empa линия (Dimos Poulikakos, Thomas Schutzius и коллаборации) — фундаментальная физика смачивания/фроста/обледенения, а также «дорожные» и гетерогенные материалы (битум/заполнители). Research Collection[41]
  5. NTNU (Норвегия), наномеханика/ледяной интерфейс (часто в связке с AMIL) — межлабораторные сравнения, механика/испытания. Constellation[42]
  6. Tsinghua University (например, направление по микроструктурам и anti-icing superhydrophobic) — серия работ по микропаттернам/каплям/адгезии. Tsinghua University[43]

Если хотите, я могу:

  • собрать более полный библиографический список 2021–2025 (например, 80–150 статей) в формате BibTeX / RIS / EndNote,
  • или сделать «матрицу» метод испытания × тип льда × материал × метрика (τ/G) × температура × скорость нагружения — чтобы быстро ориентироваться, какие статьи реально сопоставимы между собой.

References edit

  1. ↑ "Адгезия льда методы исследования". ChatGPT. Retrieved 2026-01-10.
  2. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  3. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  4. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  5. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  6. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  7. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  8. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  9. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  10. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  11. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  12. ↑ "NASA Technical Reports Server" (PDF). NASA Technical Reports Server. Retrieved 2026-01-10.
  13. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  14. ↑ "NTNU Open" (PDF). NTNU Open. Retrieved 2026-01-10.
  15. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  16. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  17. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  18. ↑ "MDPI". mdpi.com. Retrieved 2026-01-10.
  19. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  20. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  21. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  22. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  23. ↑ "Nature". nature.com. Retrieved 2026-01-10.
  24. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  25. ↑ "Cell". cell.com. Retrieved 2026-01-10.
  26. ↑ "RSC Publishing". RSC Publishing. Retrieved 2026-01-10.
  27. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  28. ↑ "SciOpen". sciopen.com. Retrieved 2026-01-10.
  29. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  30. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  31. ↑ "OUP Academic". OUP Academic. Retrieved 2026-01-10.
  32. ↑ "Research Collection". Research Collection. Retrieved 2026-01-10.
  33. ↑ "ScienceDirect". sciencedirect.com. Retrieved 2026-01-10.
  34. ↑ "Springer Nature Link". Springer Nature Link. Retrieved 2026-01-10.
  35. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  36. ↑ "ACS Publications". ACS Publications. Retrieved 2026-01-10.
  37. ↑ "PMC". pmc.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 2026-01-10.
  38. ↑ "DREAM Laboratory". DREAM Laboratory. Retrieved 2026-01-10.
  39. ↑ "MIND Lab". MIND Lab. Retrieved 2026-01-10.
  40. ↑ "UQAC" (PDF). uqac.ca. Retrieved 2026-01-10.
  41. ↑ "Research Collection". Research Collection. Retrieved 2026-01-10.
  42. ↑ "Constellation" (PDF). constellation.uqac.ca. Retrieved 2026-01-10.
  43. ↑ "Tsinghua University". Tsinghua University. Retrieved 2026-01-10.
Retrieved from "https://freemwiki.com/index.php?title=Openai/695e636c-f398-8004-87cf-b62eb2ffe420&oldid=595429"