激光纹理化与静电喷涂协同构建的仿生超疏水涂层在农机抗土壤黏附中的应用研究

针对农业机械土壤黏附导致的能耗增加和腐蚀问题，研究人员通过激光纹理化与静电喷涂技术，在Mn13钢表面构建了具有仿犰狳装甲纹理的PFA@SiO2超疏水涂层。该涂层展现出156°接触角和2.3°滚动角的优异疏水性，并在5.6 kPa压力下耐受30米砂纸磨损，黏附力降低达89%（法向）和91%（切向），为农机减阻防腐提供了创新解决方案。

　　

研究背景与意义
农业机械作业中，土壤黏附会显著增加30-50%的能耗，未及时清理的黏土还会引发机械腐蚀和运输障碍。尽管超疏水表面在防冰等领域应用广泛，但其脆弱的微纳结构难以抵御农机作业的机械磨损，导致抗土壤黏附研究进展缓慢。现有增强策略如弹性基底或自修复材料存在成本高、耐候性差等缺陷。四川科研团队受犰狳装甲启发，通过激光纹理化与静电喷涂联用技术，在《Applied Surface Science》发表了一项突破性研究。

关键技术方法
研究采用脉冲激光（1 μs脉宽，30 kHz频率）在Mn13钢表面构建蜂窝状纹理，随后静电喷涂PFA（可熔性聚四氟乙烯）与SiO₂纳米颗粒混合粉末，经烘焙形成微纳分级网络结构。通过砂纸磨损（5.6 kPa，30 m）、接触角测量（156°）和黏附力测试（黏土法向减阻89%）等评估性能。

研究结果
1. 超疏水涂层的表征
SEM显示SiO₂添加量10 wt%时，PFA熔体流动性受阻形成自相似三维网络（图2），接触角达156°，滚动角仅2.3°。激光纹理（60%覆盖率，600 μm间距）为涂层提供机械保护。

2. 耐磨性验证
纹理保护的PFA@SiO₂涂层经30米磨损后仍保持疏水性，摩擦系数降至0.3，较纯纹理钢降低40%。其耐久性源于纹理的"装甲效应"和微纳结构的自修复特性。

3. 抗黏附性能
与未处理钢相比，涂层对黏土的法向黏附力降低89%，切向降低91%。这种双重减阻效应归因于纹理的应力分散和超疏水表面的低界面能。

结论与展望
该研究通过仿生设计解决了超疏水涂层机械强度与功能性的矛盾，其工艺成本低且适合规模化生产，为农机节能和防腐提供了新思路。未来可进一步优化纹理参数以适应不同土壤类型，推动农业装备的绿色化发展。