东南大学张友法/香港理工王钻开CEJ：高耐久自修复有机硅陶瓷涂层用于长效防冰

结冰降低玻璃能见度，改变风力叶片翼形结构，增加电线电缆负重，影响路况，引起飞机失事等，冰层覆盖在设备设施表面会产生许多负面作用，产生安全隐患，甚至造成巨大的经济损失。近年来，受荷叶效应启发，学者们利用仿生技术制备了一系列超疏水材料，由于其独特的微纳米结构和低表面能化学性质，可有效延迟结冰并促进冰层脱附，在防冰领域具有巨大潜力，但使用寿命短严重限制了其实际应用。这主要是由于超疏水涂层精细的微纳米结构易被机械外力损伤，同时低表面能组分之间的不兼容又会恶化涂层的机械性能。

针对上述问题，东南大学张友法教授团队与香港理工大学王钻开教授合作，采用有机硅交联活性纳米颗粒和超疏水纳米颗粒，赋予防冰涂层致密微结构，并耦合高机械强度和柔韧性，从而获得长效防冰性能（图1）。相关成果 “Framework bridging-induced densified icephobic coatings coupling high mechanical strength and flexibility”发表于《Chemical Engineering Journal》，文章第一作者为扬州大学讲师顾万诚（原东南大学博士生）。

图1. 期刊首页和涂层设计思路

上述有机硅涂层具有优异耐损伤性。由于涂层表面、内部和底部均具达到超疏水效果，拥有自相似性（图2a），因此涂层在经受700次Taber磨损后依然具有拒水能力（图2b）。此外，除了机械磨损，涂层还可以承受超过200次反复折损（图2c）。更重要的是，涂层即使经过机械损伤后，仍展现出极低的粘附力，甚至由于结构更加平整，使涂层粘附力进一步降低（图2d-f）。

图2. 有机硅涂层的耐损伤性

图3. 有机硅涂层的防冰性能

对于有机硅涂层的防冰性能，首先，在承受较已报道的涂层7-75倍的磨损以后，涂层仍显示极低的冰层粘附力（图3a），并总结了防冰所需的化学性质和微结构要求（图3b）；其次，即使涂层受损失效，也可通过短暂的加热或室温放置实现自修复，从而进一步提高涂层的长效防冰性（图3c）；第三，涂层可承受水流冲击这类机械冲击，为在雨天服役奠定了基础（图3d）；第四，除了机械损伤，涂层还可以承受冻融循环、结冰-除冰循环、户外暴露、化学侵蚀和热冲击等环境外力作用，显示出优异的环境稳定性（图3e-f）。

总结

这项研究解决了超疏水涂层用于防冰领域时耐久性不足的问题，为超疏水涂层的实际应用提供了理论依据和技术支持。

资助基金项目：国家自然科学基金（52071076）