各种基础设施上的结冰和积冰会造成严重的设备损坏和经济损失。针对这一问题，开发了电热除冰、机械除冰、防冻喷雾等多种除冰技术。然而，这些传统的除冰方法往往成本高、效率低下。因此，寻找能够替代这些传统方法的理想被动防冰材料，已成为研究热点。理想的被动防冰材料应具有一些固有特性，如能够抑制或延迟冰晶形成，降低冰的粘附强度，可以有效地抑制冰的形成和粘附。
在被动防冰材料中，超疏水涂层在防冰领域得到了广泛的应用。超疏水涂层的超低滚动角（<10°）使过冷水滴在冻结前滚落，从而减少了冰的形成。此外，涂层表面的微纳结构可以捕获空气，产生气蚀，形成Cassie-Baxter润湿模型。由于空气的导热系数低，可以阻止液滴与基材之间的热交换，从而延缓冰的形成。此外，涂层表面大量的气蚀也显著降低了冰的粘附性。然而，冰可能会与涂层表面上的微纳结构机械互锁，这给防冰带来了更大的挑战。
近年来，光热转换材料在除冰领域的应用受到了广泛关注。将光热转换材料与超疏水涂层相结合，可以实现主动和被动防冰。然而，在酸雨和冻雨等极端环境下，超疏水表面容易受损，进而失去疏水和防冰性能。为了解决这一问题，赋予涂层自修复能力是一种有效策略。然而，构建用于防冰的光热自修复超疏水涂层的研究很少。此外，自修复超疏水涂层强调表面更新，但多次磨损后可能会失去自修复能力。自修复功能通常依赖于动态非键相互作用（如氢键）。但在冻结环境中，由于聚合物链流动性降低，这种功能会明显减弱。因此，制备具有长期除冰和防冰性能的超疏水涂层是一项重大的挑战。
智能响应材料可能为超疏水涂层的持续修复提供了一种有前景的解决方案。特别是刺激响应微球，它们能够负载低表面能物质并物理混合到涂层中，创建出智能响应和自修复的超疏水表面。多巴胺可以在碱性环境中自聚合形成聚多巴胺（PDA）。当存在模板时，多巴胺会自组装聚合成介孔PDA（MPDA），这为低表面能物质的负载提供了基础。此外，PDA分子具有高度共轭结构，能有效吸收多种波长的光，并实现有效的光热转换。因此，MPDA中负载的低表面能物质可以通过光热转换产生的热量释放出来。
通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）树脂中加入疏水性SiO2纳米颗粒和负载全氟癸基三甲氧基硅烷的介孔聚多巴胺纳米球（FAS@MPDA），制得自修复超疏水涂层（FAS@MPDA/SiO2-PDMS）。
该涂层水接触角高达155.5°，滚动角低至1.9°。即使经过10次自修复循环后，该涂层仍保持超疏水性。在单一太阳光强度下，该涂层温度可达59℃，光热效应显著。该涂层具有优异的防冰性能，水滴结冰延迟时间为654秒，冰的粘附强度低至10.4kPa。此外，该涂层在酸性、碱性、高低温、侵蚀和摩擦等复杂环境中表现出优异的耐久性。因此，本研究为开发新型光热自修复超疏水涂层提供了新的见解，在防/除冰领域具有巨大的应用潜力。
MPDA制备过程
MPDA的制备过程示意图。
涂层制备示意图
FAS@MPDA/SiO2-PDMS超疏水涂层制备示意图。
数据来源与出处
相关研究成果以“Robust photothermal self-healing superhydrophobic composite coating for durable anti/de-icing applications”为标题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
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