引用格式：
海洋环境中高盐度和高湿度导致金属腐蚀，严重影响船舶和设备的使用寿命，给相关产业带来巨大经济损失。为应对腐蚀和结冰问题，开发具有耐腐蚀和防冰功能的表面材料尤为重要。超疏水表面因其特殊润湿性能，能够在海洋防腐领域发挥重要作用，通过捕获空气膜减少海水与金属的接触，从而阻止腐蚀介质侵入并延缓结冰。然而，超疏水涂层在海水中长期浸泡后易发生结构损坏和性能下降。稳定的多级结构是超疏水表面在海洋乃至极端环境下发挥防腐防冰性能的关键。
基于此，西北工业大学赵亚梅教授团队采用冷喷涂法制备了具备多级粗糙结构的多功能化PVAc-PVDF-PFDT-MWCNTs-SiO₂（PPFMCS）超疏水涂层。首先利用多壁碳纳米管（MWCNTs）与二氧化硅（SiO₂）交联，并经氟硅烷接枝后形成独特的点线结构。随后引入聚醋酸乙烯酯（PVAc）对复合材料进行键合，并添加聚偏氟乙烯（PVDF）形成多孔结构。多级粗糙表面的形成显著提升了涂层的防腐蚀和防冰性能。涂层表现出优异的超疏水性，水接触角高达163.5°。同时涂层表现出优异的长效防腐和防冰性能。在3.5wt% NaCl溶液中，PPFMCS涂层放置35天后，电化学阻抗仍保持较高水平，表现出优异的长期防腐蚀性能。同时，该涂层在−20 ℃下延缓结冰5分钟，冰粘附力低至85.5 kPa，显示了良好的防冰性能。此外，通过热力学分析探讨了涂层在结冰相变过程中的作用机制。综合研究表明，PPFMCS涂层在潮湿海岸及深海环境中，均表现出良好的稳定性、减阻性与防污性，具有广泛的应用前景，尤其适用于海洋运输、石油开采和极地探险等领域。
图1. FMCS复合材料合成化学反应过程及制备PPFMCS超疏水涂层示意图。
图2. （a）SiO2-NH2、MCS和FMCS粉末的XPS测量光谱。（b）MWCNTs-COOH、（c）SiO2-NH2、（d）MCS和（e）FMCS粉末的SEM图像。
图3. （a）PVAc、FMCS、PFMCS和PPFMCS涂层的FTIR光谱。（b）PVAc、（c）FMCS、（d）PFMCS和（e）PPFMCS涂层的SEM图像。（f）PVAc、（g）FMCS、（h）PFMCS和（i）PPFMCS涂层的3D剖面和垂直视图。
图4. 不同化学成分基体涂层在3.5wt% NaCl溶液中的EIS数据。（a）奈奎斯特图。（b）|Z|随频率变化的Bode图。（c）相位角随频率变化的Bode图。（d）用于拟合（Ⅰ）裸6061合金和（Ⅱ）所有涂层在初始浸泡阶段的EIS数据的相应等效电路模型。
图5. 6061合金上（a）PVAc、（b）FMCS、（c）PFMCS和（d）PPFMCS涂层在3.5wt%NaCl水溶液中浸泡不同时间的Nyquist图。插图为局部放大图。（e）用于拟合（Ⅲ）在3.5wt% NaCl水溶液中浸泡4天后的PVAc涂层和（Ⅳ）在3.5wt% NaCl水溶液中浸泡21天后的FMCS涂层的EIS数据相应的等效电路模型。（f）6061合金基体上涂层|Z|0.01Hz值随浸泡时间的变化。
图6. （a）6061合金和PPFMCS涂层在岸边潮湿环境中放置14天后的光学照片。（b）6061合金和PPFMCS涂层在2000米深的海水中侵蚀2天后的光学照片。
图7. （a）延迟冻结与冰粘附试验示意图。（b）不同涂层的延迟结冰性能和冰粘附性。（c）不同涂层上水滴的变化。（d）不同涂层在0°C下的润湿性。
图8. （a）6061合金基体上涂层在空气中暴露不同时间后的接触角。（b）涂层在盐水中浸泡不同时间后的接触角。（c）不同pH值水滴在涂层上的接触角，插图为不同pH值石蕊试纸（pH=7）或溴甲酚绿甲基红（pH=1或13）染色液滴在PPFMCS涂层上的照片。（d）不同液滴在PPFMCS涂层上的接触角，插图为液滴在PPFMCS涂层上的照片。
图9. （a）砂纸磨损和（b）胶带剥离试验示意图。（c）6061合金上涂层的接触角与砂纸磨损距离之间的关系。（d）6061合金上涂层的接触角与胶带剥离次数之间的关系。
图10. （a）减阻实验装置示意图。（b）不同流速下管道涂层的减阻率。（c）超疏水表面的减阻机理。
图11. （a）超疏水涂层上水滴的低粘附性。（b）自清洁实验的光学照片。（c）喷涂有PPFMCS涂层的不同基材的接触角和滑动角。（d）不同基材上水滴的照片。
综上所述，针对复杂的海洋环境，制备了一种具有多级粗糙结构的多功能化PPFMCS超疏水涂层，其水接触角高达163.5°，滚动角低至3°。PPFMCS涂层由氟硅烷改性MWCNTs-SiO2点线结构复合材料、粘结剂PVAc和多孔PVDF制成，以获得多级粗糙结构和低表面能。PPFMCS涂层具有优异的金属防腐和低温防结冰性能，涂层在浸泡35d后|Z|0.01Hz值仍然保持在9.62×109Ω·cm2，比初始裸露的6061铝合金高出约5个数量级；该涂层在−20 ℃下具有延迟结冰能力约5 min，冰粘附率仅为裸露基材的1/4。PPFMCS涂层结构类似于草泥壁面，稳定性好，经砂纸磨损、胶带剥离、盐水浸泡、水流冲击等试验后仍保持较高的疏水性。此外，该涂层在Re为2.8×103～3.4×104的流速范围内可获得平均28%的减阻效果，最大减阻效果可达35%。该工作为超疏水性能的提升提供了一种新思路。基于以上优异的性能，PPFMCS涂层有望应用于实际工程。
相应的成果以“Constructing carbon nanotube (CNTs)/silica superhydrophobic coating with multi-stage rough structure for long-term anti-corrosion and low-temperature anti-icing in the marine environment”为题发表在Composites Science and Technology上，文章的第一作者为西安工程大学研究生张鹏远，通讯作者为赵亚梅教授。
END
投稿邮箱：aystar@cafuc.edu.cn
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。
便于课题申报，学术交流，特此建立一个《超疏水防冰领域技术交流群》，诚挚邀请各位专家老师进群交流。同时本群会收集关于超疏水防除冰领域中具有显著影响力的研究成果和最新技术，并在《超疏水防冰表面研究站》公众号发布。进群请扫描下方群二维码或添加群管理员。
添加下方群聊，大家一起探讨
【声明】版权归原作者所有，部分资料可能来源于网络，由于水平有限难免出现偏差，感兴趣者可点击左下角阅读原文，感谢您的支持和关注。欢迎您提出宝贵建议，任何事宜请联系后台管理员。
