MgCl2 调控电沉积PTFE超疏水涂层的微纳结构构建及其多功能抗结冰性能研究

针对极端气候下电力传输与航空航天领域的结冰危害问题，研究人员通过优化MgCl2 浓度（0.04–0.20 g/L）开发了一种电沉积PTFE超疏水涂层。该涂层通过形成镁氯氧水泥相（5 Mg(OH)2 ·MgCl2 ·8H2 O）增强机械强度，实现166.9°接触角和2°滑动角，显著延迟结冰时间（278 s vs 6 s）并降低冰黏附强度（38.3 kPa vs 163.3 kPa），为能源高效抗结冰系统提供新方案。

　　

在寒冷气候地区，电力传输线路、绝缘子和航空航天部件的表面结冰会引发严重的安全隐患。传统机械除冰和电热融冰技术存在能耗高、反应滞后等缺陷。如何开发被动式抗结冰涂层成为研究热点。超疏水涂层因其独特的微纳结构和低表面能特性，可有效延缓结冰并降低冰黏附强度。然而，现有涂层的机械耐久性与功能性的平衡仍是挑战。聚四氟乙烯（PTFE）因其超低表面能（～18.5 mN/m）和化学惰性成为理想候选材料，但电沉积过程中离子浓度对微观结构调控的机制尚不明确。

中国的研究团队通过调控MgCl₂
浓度（0.04–0.20 g/L），开发了一种新型PTFE超疏水涂层制备工艺。研究发现，Mg²⁺
通过电荷中和作用调控PTFE颗粒的电泳动力学，而优化的0.12 g/L浓度可形成致密沉积层。涂层经退火后生成镁氯氧水泥相（5 Mg(OH)₂
·MgCl₂
·8H₂
O），显著提升界面结合力和机械强度。该涂层在静态（覆冰、霜冰）和动态（冻雨）结冰条件下均表现出卓越性能，相关成果发表于《Progress in Organic Coatings》。

研究采用6061铝合金基板，通过电沉积法制备PTFE涂层，结合X射线衍射（XRD）和接触角测试分析微观结构与润湿性。机械稳定性通过胶带剥离（300次）、线性磨损（2000 mm）和水流冲击（60分钟）评估，抗结冰性能通过延迟冻结时间和冰黏附强度测试量化。

材料与PTFE涂层的制备
研究选用6061铝合金基材，经抛光清洗后置于含PTFE颗粒和MgCl₂
的电解液中电沉积。通过调控MgCl₂
浓度（0.04–0.20 g/L）优化涂层结构，退火后形成镁氯氧水泥相增强结合力。

稳定性与机理分析
0.12 g/L MgCl₂
制备的涂层在机械测试后仍保持超疏水性（接触角>160°）。XRD证实水泥相的存在，其作为粘结剂提升涂层耐久性。电荷中和不足（0.04 g/L）导致覆盖不全，过量（0.20 g/L）则引发颗粒团聚。

结论
研究揭示了MgCl₂
浓度对PTFE涂层微纳结构及抗结冰性能的调控机制。0.12 g/L为最优浓度，涂层延迟结冰时间达裸铝的47倍（278 s vs 6 s），冰黏附强度降低76.5%（38.3 kPa vs 163.3 kPa），并在冻雨模拟中实现液滴完全反弹。该成果为极端环境下的抗结冰系统设计提供了理论依据和技术支撑。