In the development of anti/de-icing systems for aeronautics, wind turbines or telecommunication antennas to date, less attention is paid to coating strategies. The majority of studies dealing with coatings have focused mainly on reducing ice adhesion forces, to easily remove ice, once it has formed. In this study we focused on an alternative strategy that consists of promoting the shedding of liquid water as a way to reduce the total amount of water present on the surface that can freeze. Shedding of liquid from the surface can be enhanced by modification of surface wettability, by means of the application of superhydrophobic coatings, i.e. water repellent coatings, characterized by low water adhesion forces. To study the effect of superhydrophobic coatings on surfaces exposed to icing conditions, tests were performed in an open loop icing wind tunnel (IWT) on a standard NACA0021 airfoil in two different icing conditions. Three samples were used during the tests, each one is characterized by different wettability properties. To simulate the presence on anti/de-icing system, the wing was also equipped with an electrical heater, mounted at the inner side of the wing leading edge. Results from IWT tests demonstrated that surface wettability is an important controlling factor not only for reducing ice accretion on the wing, but also for reducing by up to 80% the energy required to avoid ice accretion on the wing. The findings from IWT tests as described, together with results from a previous work on drop shedding, reinforced the hypothesis that shedding of drops is the key controlling mechanism for an efficient icing mitigation strategy.

Experiments to understand the effect of surface wettability on impact characteristics of water drops onto solid dry surfaces were conducted. Various surfaces were used to cover a wide range of contact angles (advancing contact angle from 48° to 166°, and contact angle hysteresis from 5° to 56°). Several different impact conditions were analyzed (12 impact velocities on 9 different surfaces, among which 2 were superhydrophobic). Results from impact tests with millimetric drops show that two different regimes can be identified: a moderate Weber number regime (30 < We < 200), in which wettability affects both drop maximum spreading and spreading characteristic time; and a high Weber number regime (We > 200), in which wettability effect is secondary, because capillary forces are overcome by inertial effects. In particular, results show the role of advancing contact angle and contact angle hysteresis as fundamental wetting parameters to allow understanding of different phases of drop spreading and beginning of recoiling. It is also shown that drop spreading on hydrophilic and superhydrophobic surfaces occurs with different time scales. Finally, if the surface is superhydrophobic, eventual impalement, i.e., transition from Cassie to Wenzel wetting state, which might occur in the vicinity of the drop impact area, does not influence drop maximum spreading.

The superhydrophobic behavior of nano- and microtextured surfaces leading to rebound of impacting droplets is of great relevance to nature and technology. It is not clear however, if and under what conditions this behavior is maintained when such surfaces are severely undercooled possibly leading to the formation of frost and icing. Here we elucidate key aspects of this phenomenon and show that the outcome of rebound or impalement on a textured surface is affected by air compression underneath the impacting drop and the time scale allowing this air to escape. Remarkably, drop impalement occurred at identical impact velocities, both at room and at very low temperatures (−30 °C) and featured a ringlike liquid meniscus penetration into the surface texture with an entrapped air bubble in the middle. At low temperatures, the drop contact time and receding dynamics of hierarchical surfaces were profoundly influenced by both an increase in the liquid viscosity due to cooling and a partial meniscus penetration into the texture. For hierarchical surfaces with the same solid fraction in their roughness, minimizing the gap between the asperities (both at micro- and nanoscales) yielded the largest resistance to millimetric drop impalement. The best performing surface impressively showed rebound at −30 °C for drop impact velocity of 2.6 m/s.

Icephobic materials can prevent or reduce ice formation, e.g. by ensuring easy detachment, a desirable property for those applications where ice accumulation is critical to human safety. Herein, we develop a chitosan electrolyte hydrogel to create a bio-based surface with low ice adhesion. The chitosan electrolyte hydrogel is physically crosslinked and infused with salted water at concentrations from 4.5 to 30 g/L, including that of seawater (23 g/L). Depending on salt content in the hydrogel, we could obtain very low ice adhesion down to 140 kPa (at – 10°C). We hypothesize that the chitosan electrolyte hydrogel exploits the colligative properties of water avoiding the ice nucleation at the ice-hydrogel interface. To confirm the hypothesis, we investigate the chitosan electrolyte hydrogel structure by contact angles analysis, DSC, TGA, FTIR, XRD, and by rheometry for mechanical properties. We quantify the presence of non-freezing water, which creates a lubricating liquid water layer at the ice-hydrogel interface, affecting the ice detachment mechanism and lowering ice adhesion. In conclusion, the proposed chitosan electrolyte hydrogel presents a bio-based and cost-efficient strategy for ice detachment across various icing scenarios for systems operating in humid marine environments, such as offshore platforms and ships.

Soft materials are promising candidates for designing passive de-icing systems. It is unclear whether low adhesion on soft surfaces is due to elasticity or lubrication, and how these properties affect the ice detachment mechanism. This study presents a systematic analysis of ice adhesion on soft materials with different lubricant content to better understand the underpinning interaction. The wetting and mechanical properties of soft polydimethylsiloxane with different lubricant content were thoroughly characterized by contact angle, AFM indentation, and rheology measurements. The collected information was used to understand the relationship with the ice adhesion results, obtained by using different ice block sizes. Three different de-icing mechanisms were identified: (i) single detachment occurs when small ice blocks are considered, and the ice completely detaches in a single event. In the case of larger ice blocks, the reattachment of the ice block is promoted by either: (ii) stick–slip or, (iii) interfacial slippage, depending on the lubricant content. It was confirmed that the ice adhesion strength not only depends on material properties but also on experimental conditions, such as the ice dimensions. Moreover, differently than on hard surfaces, where wetting primarily determines the icephobic performance, also elasticity and lubrication should be considered on soft surfaces.

Controlling surface morphology is one of the main strategies used to tune surface hydrophobic and icephobic properties. Taking advantage of coating growth by initiated chemical vapor deposition, random and ordered wrinkles were induced on a thin film of polyperfluorodecyl acrylate (pPFDA) deposited on polydimethylsiloxane (PDMS) to simultaneously modify surface chemistry and morphology. A range of wrinkles of different wavelengths were studied, and how the wrinkle characteristics change with varying coating thickness. Ordered wrinkles enhanced hydrophobicity more when compared to random wrinkles, with a noticeable effect for coating thickness on the order of hundreds of nanometers. An insight into the mechanism of surface wrinkling and its effect on freezing delay is also provided, and promising results were found on ordered wrinkles, where a freezing delay was observed.

Abstract Bioactive films composed of Spiro‐OMeTAD, a conductive molecular material (CMM), in combination with collagen have been manufactured and characterised for the first time. In‐vitro cellular testing demonstrated the non‐cytotoxicity of the doped Spiro‐OMeTAD /Collagen films, opening the way for implantable or wearable medical devices and biosensors based on molecular materials.

Investigating solid-liquid interactions to determine advancing and receding contact angles, and consequently contact angle hysteresis, is crucial for understanding material wetting properties. A reliable, automated, and possibly open-source tool is desirable, to standardize and automatize the measurement and make it user-independent.