多层C/PDMS/PolyF超疏水光热涂层的设计与工业防冰应用研究

针对工业领域结冰难题，研究人员开发了一种兼具超疏水性和光热性能的多层C/PDMS/PolyF复合涂层。该涂层通过PDMS基体抑制热传导、EP中间层增强耐磨性、C/PDMS/PolyF顶层实现空气捕获和光热响应，展现出156.2°接触角、544 s延迟结冰（-20°C）及55.3°C光热升温（1000 W m?2），并耐受酸碱腐蚀、UV辐照和机械磨损，为极端环境防冰提供了高效可持续解决方案。

　　

在寒冷工业环境中，结冰现象常导致风力发电机组停机、输电线路断裂等灾难性后果。传统机械振动、化学试剂或电热除冰方法存在高能耗、污染和效率低下等问题。受荷叶启发的超疏水涂层虽能通过空气垫延缓结冰，但易因机械磨损失效；光热材料虽可利用太阳能除冰，却面临制备复杂和耐久性差的瓶颈。如何整合两者优势并解决稳定性问题，成为当前研究的关键挑战。

为解决这一难题，来自江西"****"团队和云南省贵金属实验室的研究人员设计了一种三层结构的C/PDMS/PolyF复合涂层，相关成果发表于《Applied Surface Science》。该研究采用逐层沉积技术：首先以低表面能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底增强界面粘附，再用高硬度的环氧树脂(EP)中间层提升耐磨性，最后通过碳黑(C)纳米颗粒与全氟辛基三氯硅烷(PolyF)修饰形成具有纳米孔隙的粗糙顶层结构。

Microstructure of C/PDMS/PolyF coating
扫描电镜显示，纯PDMS涂层表面平滑，而复合涂层呈现连续的微纳米级凹凸结构。能谱分析证实硅(Si)均匀分布，碳(C)和氯(Cl)元素富集于表层，验证了PolyF的成功修饰。这种结构通过捕获空气形成固-液接触最小化的Cassie-Baxter状态，实现超疏水性。

Photothermal performance
在1000 W m^?2模拟阳光下，涂层表面500秒内升温至55.3°C，归因于碳黑的高光热转换效率。结合纳米孔隙的隔热作用，使-20°C环境下的结冰时间延迟至544秒，显著优于传统材料。

Durability evaluation
涂层在pH 1-13腐蚀溶液中保持72小时超疏水性，经受64小时UV照射后仍维持性能。经100次机械磨损后接触角(CA)＞147.9°，冰粘附强度仅6.9 kPa，证实其优异的环境稳定性。

Conclusion
该研究创新性地将PDMS的界面强化、EP的机械保护和C/PolyF的多功能特性相结合，创建了迄今最耐用的防冰/除冰一体化涂层体系。其意义在于：1) 通过分层设计解决超疏水表面易磨损的行业难题；2) 利用太阳能实现零能耗除冰；3) 为镁合金等工业材料提供长效防护方案。研究团队特别指出，这种模块化设计可拓展至其他基材，在极地装备、航空等领域具有广阔应用前景。