机械互锁仿生装甲：基于海胆启发的超疏水涂层(PDSF/UPNI)实现超高耐久性抗结冰/除冰

为解决基础设施结冰危害安全问题，研究人员开发了集成树脂介导界面作用和微针增强形态的复合超疏水涂层(PDSF/UPNI)。通过仿海胆层级装甲结构，采用聚苯胺颗粒嵌入硅树脂基质的创新设计，利用氢键和π-π堆叠构建机械互锁界面，实现800次磨损和100次剥离后仍保持超疏水性。该研究为超耐久光热防除冰涂层提供了仿生设计范式。

　　

受海胆(sea urchin)层级装甲启发，这项研究开创性地将聚苯胺(polyaniline, PANI)颗粒嵌入硅树脂基质，通过氢键和π-π堆叠(π–π stacking)构建机械互锁界面，形成多尺度微针状突起结构。这种被命名为PDSF/UPNI的复合涂层展现出惊人的超疏水(superhydrophobicity)特性——水滴接触角高达150°以上，滚动角小于10°。

与传统脆弱的仿生涂层不同，该设计通过界面机械互锁工程(mechanical interlock engineering)实现了突破性耐久：经800次砂纸磨损和100次胶带剥离测试后，仍保持完美的防水性能。微观分析显示，树脂基质中的PANI颗粒像"分子铆钉"般通过非共价键网络锚定微针结构，这种仿生策略有效规避了传统拓扑结构易损的缺陷。

在-20°C低温环境中，涂层使水滴冻结延迟时间延长3倍；在1 kW/m²近红外光照下，冰层融化时间缩短60%。这种机械鲁棒性(mechanical robustness)与光热(photothermal)效应的协同，为电力设备、航空器等关键基础设施的防冰(anti-icing)/除冰(deicing)提供了创新解决方案。研究团队特别指出，该涂层的简易制备工艺(parameter optimization)使其具备工业化应用潜力，为开发下一代环境适应性智能涂层树立了新标杆。