光热润滑协同效应的低界面韧性PDMS涂层，适用于大面积除冰应用

《Surface and Coatings Technology》：Photothermal-lubrication synergistic low-interfacial-toughness PDMS coating for large-area de-icing applications

光热低界面韧性PDMS涂层通过梯度界面设计及光热-机械动态耦合策略，整合PPy@SiO?纳米颗粒与PMSO润滑层，实现冰附着力降至25kPa、界面韧性0.19J/m2，较纯PDMS提升68%和74%冰除效率，在-20℃下5分钟升温至78℃并维持20分钟抗冻性能，经30次冻融循环后仍保持92%除冰效率，为极地装备大范围防冰提供新方案。

　　这项研究提出了一种创新的涂层材料，旨在解决极端环境中大规模除冰所面临的挑战。传统的除冰方法在能耗和材料性能方面存在诸多限制，尤其是在寒冷和高湿度环境下，冰层的形成和附着对设备的运行安全构成了严重威胁。例如，在航空航天、极地探索和智能电网系统中，冰的积聚不仅影响设备的正常功能，还可能导致结构损坏或安全事故。为了应对这些问题，科学家们探索了多种解决方案，包括主动除冰系统和被动防冰策略。然而，这些方法在实际应用中仍面临诸多问题，如能量效率低下、机械性能不足以及环境适应性差等。

研究团队开发了一种结合光热效应和低界面强度特性的新型聚二甲基硅氧烷（PDMS）润滑型防冰涂层（PPIC）。这种涂层通过优化三种主要成分的比例（30 wt% PPy@SiO?、30 vol% PMSO）实现了卓越的除冰性能。PPy@SiO?是一种经过聚吡咯涂层处理的二氧化硅纳米颗粒，具有优异的光热响应能力，同时通过增强表面粗糙度进一步提升了材料的疏水性。PMSO则是一种酚基甲基硅油，能够有效降低PDMS基体的交联密度，从而调整界面滑移机制，实现超低冰附着力。这种设计不仅减少了除冰所需的能量，还显著降低了冰附着强度，为大规模除冰提供了一种高效、可靠的解决方案。

在实验测试中，PPIC涂层在-20°C的低温环境下表现出出色的防冰能力。通过光照，涂层能够在5分钟内迅速升温至78°C，同时在黑暗条件下维持20分钟的防冰性能。这一特性使得PPIC在各种气候条件下都能保持良好的防冰效果，满足了极端环境下对设备长期运行的需求。此外，PPIC在多次冻融循环后仍能保持高达92%的除冰效率，证明了其良好的耐久性和环境适应性。这种材料的性能优势主要体现在其独特的界面设计上，通过调节界面韧性，实现了低冰附着力和高能量效率的双重目标。

与传统的疏水材料相比，PPIC涂层在界面韧性调控方面具有显著优势。传统疏水材料虽然能够延缓冰的形成，但在大规模结冰条件下往往无法实现自动脱冰。而PPIC通过引入纳米颗粒和硅油，不仅增强了材料的机械性能，还优化了界面滑移机制，使得冰在附着时更容易被剥离。这种设计策略为开发具有大规模除冰能力的界面工程材料提供了新的思路。此外，PPIC还具备良好的热稳定性，能够在光照条件下快速产生热量，从而实现对薄冰层的主动除冰，提高除冰效率。

从材料科学的角度来看，PPIC的开发标志着一种新的研究趋势。传统的防冰材料往往依赖单一的物理或化学特性，而PPIC则通过整合光热、润滑和低界面强度三种机制，实现了多目标协同优化。这种多物理场耦合的设计方法不仅提高了材料的综合性能，还为解决极端环境下的除冰难题提供了新的可能性。通过精确控制三种成分的比例，研究团队成功实现了材料的界面强度调控，使其在极端条件下表现出卓越的防冰和除冰性能。

此外，PPIC的表面结构设计也值得一提。涂层表面通过引入纳米颗粒和硅油，形成了特殊的微结构，这不仅增强了材料的疏水性，还提高了其机械强度和耐磨性。实验数据显示，PPIC的水接触角达到了124.6°，远高于传统疏水材料的接触角。这一特性使得冰在接触涂层时更容易被滑脱，从而显著降低了冰附着力。同时，纳米颗粒的引入还增强了材料的机械性能，使其能够承受复杂的环境应力，提高了涂层的使用寿命和可靠性。

PPIC的性能优势不仅体现在实验室测试中，还得到了实际应用的验证。该涂层在极地环境和风力发电设备的应用中表现出良好的适应性，能够有效应对不同气候条件下的冰积聚问题。其低能耗、高效率和良好的环境兼容性，使其成为一种具有广阔应用前景的新型防冰材料。与传统的SLIPS（超滑液浸润表面）相比，PPIC在界面韧性调控方面更加精准，能够更好地保持材料的性能稳定性，避免因润滑剂耗尽而导致的除冰能力下降。

总的来说，PPIC的开发为极端环境下的大规模除冰问题提供了一种创新的解决方案。通过结合光热效应和低界面强度特性，这种涂层在降低能耗的同时，显著提升了除冰效率和材料的机械性能。其独特的表面结构设计和多物理场耦合的优化策略，使其在实际应用中表现出良好的适应性和可靠性。未来，随着材料科学的进一步发展，PPIC及其类似材料有望在更多领域得到应用，为解决冰积聚问题提供更加高效、环保的解决方案。