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低表面能涂層材料因其特殊的潤濕與潤滑特性，在表面減阻防污、自清潔、防結冰等領域應用廣泛。中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室表界面團隊多年來致力于低表面能自潤滑功能涂層研究，近期在該領域取得系列進展。

受(shou)豬籠草啟(qi)發的(de)在多孔(kong)或納米結構(gou)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)中(zhong)封存低表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)能潤滑(hua)劑(ji)的(de)“超(chao)滑(hua)”材料近年來成為研(yan)究(jiu)熱(re)點。但這種“超(chao)滑(hua)”表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)因存在納米結構(gou)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)差，潤滑(hua)劑(ji)分子(zi)通過弱范德華(hua)力吸(xi)附于表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)從而(er)易損失，導致耐久(jiu)性(xing)(xing)差。針對這一問題，研(yan)究(jiu)人員制備了帶有(you)“錨固”基(ji)團的(de)潤滑(hua)劑(ji)“刷”狀大(da)(da)分子(zi)，將(jiang)傳統潤滑(hua)劑(ji)分子(zi)通過化(hua)學(xue)鍵錨固于光滑(hua)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)。同(tong)(tong)時(shi)，引入無機中(zhong)間層(ceng)增(zeng)加(jia)鍵合強度，大(da)(da)大(da)(da)提升了表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)耐磨(mo)(mo)性(xing)(xing)和耐溶劑(ji)浸泡特性(xing)(xing)。在100 kPa壓力下，往(wang)復摩擦3萬(wan)次(ci)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)潤濕特性(xing)(xing)幾乎保持不(bu)變；同(tong)(tong)時(shi)具有(you)普適性(xing)(xing)，在各種基(ji)底(di)均(jun)可(ke)修飾（Prog.Org.Coat.,2021,154,106171）（圖1a-b）。

將聚硅氧烷鏈(lian)換成全氟聚醚鏈(lian)段，表面呈現出(chu)更加優異的(de)耐沾污性和耐磨性。在(zai)(zai)有機溶劑中(zhong)用聚酯(zhi)棉布對偶摩擦(ca)20萬次，潤濕(shi)性損(sun)失小于5%，耐沾污性幾乎保持不變（圖(tu)1c-d）。該文章(zhang)(zhang)近期作為(wei)封面文章(zhang)(zhang)發表在(zai)(zai)ACS Appl.Mater.Interfaces（2021,13,14562）（圖(tu)1e）上。

圖1“刷(shua)狀”分子接枝的(de)自(zi)潤滑雙(shuang)疏表面(mian)

受(shou)荷葉啟發的(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)疏(shu)(shu)(shu)水(shui)材(cai)(cai)料(liao)具有明顯防(fang)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)效(xiao)果，但在低溫高濕度環境下(xia)，超(chao)(chao)(chao)疏(shu)(shu)(shu)水(shui)防(fang)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)效(xiao)果喪(sang)失，而(er)機械除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)會(hui)破壞(huai)涂(tu)層(ceng)(ceng)微結構進而(er)破壞(huai)其(qi)超(chao)(chao)(chao)疏(shu)(shu)(shu)水(shui)特性。針對這些(xie)問題，研(yan)究人(ren)員利(li)用氟化碳(tan)(tan)納米管和工程化丙烯酸樹脂制備(bei)超(chao)(chao)(chao)雙疏(shu)(shu)(shu)涂(tu)層(ceng)(ceng)，利(li)用碳(tan)(tan)納米管可見光(guang)(guang)-熱(re)效(xiao)果，實(shi)現了(le)(le)該超(chao)(chao)(chao)雙疏(shu)(shu)(shu)涂(tu)層(ceng)(ceng)在太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)下(xia)的(de)(de)(de)自主加熱(re)防(fang)冰(bing)(bing)(bing)、除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)。通(tong)過(guo)光(guang)(guang)熱(re)層(ceng)(ceng)-導(dao)熱(re)層(ceng)(ceng)-絕熱(re)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)多層(ceng)(ceng)設計，提升了(le)(le)放熱(re)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)效(xiao)率(lv)，在太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)照(zhao)射涂(tu)層(ceng)(ceng)部分區域(yu)即(ji)(ji)可實(shi)現全表面防(fang)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)，避(bi)免了(le)(le)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)時的(de)(de)(de)機械破壞(huai)（ACS Appl.Mater.Interfaces,2020,12,46981）（圖(tu)2a）。利(li)用碳(tan)(tan)納米管的(de)(de)(de)電(dian)(dian)熱(re)效(xiao)應，賦予表面光(guang)(guang)熱(re)、電(dian)(dian)熱(re)復合“1+1>2”效(xiao)果，實(shi)現了(le)(le)涂(tu)層(ceng)(ceng)白天利(li)用光(guang)(guang)、夜晚利(li)用電(dian)(dian)的(de)(de)(de)全天候熱(re)防(fang)除(chu)(chu)冰(bing)(bing)(bing)（Adv.Mater.Tech.,2021,6,2100371）（圖(tu)2b）。為避(bi)免光(guang)(guang)熱(re)量損失，研(yan)究人(ren)員利(li)用冰(bing)(bing)(bing)模板(ban)法制備(bei)了(le)(le)大(da)孔(kong)狀超(chao)(chao)(chao)疏(shu)(shu)(shu)干凝膠，利(li)用該材(cai)(cai)料(liao)多孔(kong)隔熱(re)性質，將光(guang)(guang)熱(re)量聚集于光(guang)(guang)輻照(zhao)區域(yu)，大(da)大(da)提升了(le)(le)材(cai)(cai)料(liao)光(guang)(guang)熱(re)性能，在-30℃環境下(xia)，0.25倍太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)下(xia)即(ji)(ji)可實(shi)現材(cai)(cai)料(liao)表面的(de)(de)(de)永(yong)遠不結冰(bing)(bing)(bing)（ACS Appl.Mater.Interfaces2021,13,37609）（圖(tu)2c）。

圖2光/電超疏(shu)防冰涂(tu)層(ceng)

相關(guan)技術(shu)獲中國發明專(zhuan)利授(shou)權ZL 201811398503.3、ZL 201810449961.9、ZL 202010505684.6和ZL 202110702491.4。

圖3當前主要防除冰材(cai)料策略(lve)

基于以(yi)上工(gong)作，受ACS Materials Letters期刊邀請，該團(tuan)隊(dui)撰(zhuan)寫了題(ti)為“Material Strategies for Ice Accretion Prevention and Easy Removal”的(de)(de)綜述文(wen)章（ACS Mater.Lett.2022,4,246-262）（圖3）。從材料技術角度總結(jie)(jie)了被動(dong)防冰、主(zhu)動(dong)除冰及主(zhu)被動(dong)結(jie)(jie)合(he)的(de)(de)三種防除冰策略。

上述工(gong)作(zuo)得到了國家自然科學(xue)基(ji)金、甘肅省、中國中車集團(tuan)有限公司及(ji)煙臺(tai)中科先進材料(liao)與綠色(se)化工(gong)產(chan)業技術研究院(yuan)等的支持。