一体化隔热超疏水光热涂层的设计与应用：抑制风电叶片结冰及热老化的创新研究

本研究通过化学镀镍空心玻璃微球（HGMs@Ni）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合，开发了一体化隔热超疏光热涂层（HNP）。该涂层兼具光热（LSPR效应）、超疏水（接触角>150°）和隔热（导热系数低）三重功能，可在1000 W·m?2光照下100秒内升温至66°C，延迟-10°C环境液滴冻结达40分钟，同时抑制夏季高温导致的叶片热老化。其一步喷涂工艺适合大面积制备，为风电抗结冰领域提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过化学镀镍空心玻璃微球（Hollow Glass Microspheres, HGMs@Ni）与聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane, PDMS）复合，开发了一体化结构的光热超疏水抗结冰涂层（简称HNP）。镍纳米颗粒的局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR）效应使涂层在1000 W·m^?2光照下10分钟内表面温度超90°C，而HGMs的空心结构与PDMS的低导热性协同抑制热量向下传递，既延缓叶片热老化，又阻碍液滴冻结时结晶潜热的释放（-10°C环境下冻结时间达40分钟）。一步喷涂法避免了多层结构的界面结合问题，纳米镍颗粒还增强了与PDMS的机械锚定点，使涂层具备优异耐磨性。

Surface Morphology and Chemical Composition

扫描电镜（SEM）显示，未镀镍的HGMs表面光滑（图2a-b），而镀镍后表面密布纳米级镍颗粒（图2d-e）。X射线光电子能谱（XPS）证实镍以单质态存在（图2f），X射线衍射（XRD）谱中2θ=44.5°处的峰对应镍的（111）晶面（图2g）。这种形貌与组分变化使HGMs@Ni的光吸收率在200-2500 nm波段达95.3%，为光热转化奠定基础。

Conclusions

该涂层通过低成本化学镀镍和PDMS复合工艺，实现了光热、超疏水与隔热的协同效应。其创新性在于：1）利用HGMs@Ni的LSPR效应和光散射增强吸热；2）一体化结构避免分层失效；3）隔热性能双向保护叶片（冬季抑冰、夏季抗老化）。未来可拓展至其他需兼顾温度管理与表面功能的设备防护领域。

（注：翻译部分已省略文献引用标识[1]、图示标识Fig.等，并采用生命科学领域常见的生动表述，如"机械锚定点"、"协同效应"等术语增强专业性。）