基于SiO2@PPy@AgBr异质结的光热增强型超疏水涂层：面向海洋环境的抗生物污损与辅助防冰多功能解决方案

针对海洋极端环境下生物污损、腐蚀与结冰的耦合难题，研究人员通过分子界面工程构建了珊瑚启发的多功能光热超疏水涂层。该涂层集成氟化环氧树脂网络、纳米SiO2层级粗糙结构、聚吡咯（PPy）光热剂及原位AgBr/Ag异质结，实现协同防冰（冰黏附力2.13 kPa）、抗菌（>99%杀灭率）与防腐（|Z|0.01Hz=1.98×107 Ω·cm2），为智能海洋防护涂层设计提供新范式。

　　

海洋极端环境如同一位冷酷的“多面杀手”——高盐度海水诱发设备腐蚀，微生物附着形成生物膜加速材料降解，而极地航线的冰层堆积更会威胁航行安全。传统解决方案往往顾此失彼：含毒杀菌剂（如有机锡）造成生态风险，纯物理超疏水表面易因机械损伤失效，而单一光热材料（如聚吡咯PPy）存在载流子复合率高的问题。这些痛点呼唤一种能同时“拒水、杀菌、融冰、防腐”的智能涂层。

针对这一挑战，中国研究人员在《Progress in Organic Coatings》发表研究，提出“四维防御”策略：通过氟化环氧树脂构建化学惰性基底，纳米SiO₂模拟珊瑚表面形成微纳层级粗糙度，聚吡咯（PPy）实现光热转换，原位生长的AgBr/Ag异质结则发挥“一箭双雕”作用——光照下同时释放银离子（Ag⁺）和产生活性氧（ROS）。关键技术包括化学气相沉积法构建超疏水界面、电化学阻抗谱（EIS）评估防腐性能、低温黏附力测试仪量化防冰效果，以及TEM/EDS表征纳米颗粒形貌与元素分布。

研究结果

1. 超疏水稳定性：涂层接触角达160°±1.5°，滑动角仅1°±0.8°，经300次磨损/剥离循环后仍保持>150°接触角，归因于珊瑚状SiO₂与氟化树脂的协同作用。
2. 光热防冰性能：在-20°C环境下产生4.1°C温升，冰黏附强度降至2.13 kPa（仅为常规涂层1/10），208秒内完成光热除冰（100 mW/cm²辐照）。
3. 双模抗菌机制：AgBr/Ag通过持续释放Ag⁺和ROS爆发，对海洋细菌（如Vibrio natriegens）杀灭率>99%，且经10次光循环后结构稳定。
4. 三重防腐屏障：EIS显示7天海水浸泡后低频阻抗|Z|_0.01Hz保持1.98×10⁷ Ω·cm²，得益于超疏水气膜阻隔、Ag⁺抑菌和树脂钝化层的协同保护。

结论与意义
该研究通过界面能带工程（PPy与AgBr形成II型异质结增强光吸收）实现多功能集成，其创新性体现在：① 将物理排斥（Cassie态）、化学钝化（环氧树脂）、生物抑制（Ag⁺/ROS）和光热调控（PPy）四重机制耦合；② 首次在海洋涂层中同时解决生物污损-腐蚀-结冰的“三重困境”。这种“自清洁-光热除冰-防腐”一体化设计为极地船舶、海上风电等装备的长期可靠运行提供了革命性解决方案。