引用格式：
Wang F, Li C B, Sun R Y, et al. A four-tier hierarchical architecture for superamphiphobic and flame-retardant fabrics with enhanced self-buoyancy and anti-icing properties[J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 488: 151084.
由于时常面对极端环境，有效的防护材料对工业工人和消防员至关重要。现有的个人防护纺织品大多由易燃且易受水侵蚀和油污染的纤维制成，限制了其应用。表面涂层技术因其易加工且能提升阻燃和防污性能，广受关注。然而，多数阻燃剂在潮湿环境中易水解，耐候性差。超疏水性材料的发展有望解决这些问题，通过构建微/纳米结构和使用低表面能分子改性，能显著提升材料的耐久性和耐候性。然而，现有技术面临引入阻燃剂影响超疏水性能、长期浸水后性能下降、使用有机溶剂多等挑战。户外应用还需材料具备耐化学腐蚀、高温和紫外线照射的能力。综合考虑机械强度、除冰性能和耐候性，开发兼具超双疏性和阻燃性的水性涂料仍是一个艰难的挑战。
基于此，四川大学宋飞教授团队开发了一种由二氧化硅纳米粒子、微米级聚磷酸铵、氟化烷基硅烷（FAS）和氟碳表面活性剂（FC）组成的水性超双疏阻燃涂层，通过调节多尺度构建块在基材上的堆积，设计出具有四层宏观/微观/纳米结构的表面，使其在液体下方形成空气穴，从而增强浮力和防冰性能。由于SiO2的热稳定性和APP的膨胀效应，该涂层能大大抑制火焰传播，符合防火安全要求，并且耐用性强，能够抵御包括合成血、食用油、十六烷、浓H2SO4和十二烷在内的各种液体的渗透。且涂层在机械磨损、反复洗涤、化学腐蚀、热处理和强紫外线照射下依然保持其不湿能力，表现出优异的耐候性和耐腐蚀性。该涂层通过多层次的有机-无机杂化结构，实现了自清洁、防污、防冰和阻燃的多种功能，具有广阔的应用前景，包括在高级功能纺织品、防护服和交通设施中。
图4. 防冰和阻燃性能。(a) FAS涂覆织物和F-FC-APP/SiO2涂覆织物上水滴的冻结和融化过程。(b) 原始、FAS涂覆、F-FC-APP/SiO2涂覆和经过50次洗涤循环后的F-FC-APP/SiO2涂覆织物的冰粘附强度。(c) 原始、F-FC-SiO2涂覆和F-FC-APP/SiO2涂覆织物在暴露于火焰12秒前后的垂直燃烧测试照片。(d) 使用锥形量热计测试原始和F-FC-APP/SiO2涂覆织物的热释放速率和(e)总热释放量。
图5. 机械、化学和物理耐久性。经过以下处理后的F-FC-APP/SiO2涂覆织物上水和十六烷的接触角(CAs)和滑动角(SAs)：(a) 循环磨损测试，(b) 循环洗涤测试，(c) 在不同腐蚀溶液/溶剂中浸泡168小时，(d) 在25–200°C下处理2小时，(e) 在150°C下处理0–25小时，以及(f) 暴露于紫外线照射0–24小时。
综上，作者通过控制基于二氧化硅纳米粒子、聚磷酸铵、氟化烷基硅烷和氟碳表面活性剂的多尺度构建块在基底上的过量堆积，构建了四层分级宏/微/纳米结构，可使涂层表面抵抗各种液体的渗透或润湿，包括水、甘油、合成血液、食用油、十六烷甚至十二烷。通过合理选择构建块，所创建的涂层表现出优异的防污能力，并表现出良好的防水粘附性能。值得注意的是，得益于四层粗糙纹理和滞留的气垫，涂层织物表现出极大增强的浮力，在水中可承载自身重量的40.2倍。此外，涂层织物具有疏冰性，延迟水结冰时间为1168秒，比FAS涂层织物提高了350%。此外，超疏水织物表现出对长距离机械磨损、反复洗涤和长期浸泡在腐蚀性液体中的高抵抗力，并且可以自熄，表现出明显的阻燃性。此外，在200°C加热和紫外线照射超过24小时后，表面仍能保持超疏水性。开发的多功能超双疏阻燃涂层在恶劣天气条件下，在包括先进防护纺织品、基础设施和运输设施在内的严苛工业领域具有广阔的前景和广泛的应用。
相应的成果以“A four-tier hierarchical architecture for superamphiphobic and flame-retardant fabrics with enhanced self-buoyancy and anti-icing properties”为题发表在Chemical Engineering Journal上，文章通讯作者为宋飞教授和王玉忠院士。
中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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