因此，結(jié)合被動防結(jié)冰與主動除冰功能的光熱超疏水涂層正逐漸成為一種有效的防結(jié)冰、除冰材料。盡管光熱超疏水防結(jié)冰/除冰涂層的研究取得了顯著進(jìn)展，但其實(shí)際應(yīng)用仍面臨以下挑戰(zhàn)：（1）在低溫、高濕度環(huán)境下，液滴在涂層表面難以維持穩(wěn)定的Cassie-Baxter狀態(tài)，導(dǎo)致防結(jié)冰性能急劇下降；（2）大多數(shù)光熱超疏水涂層在1個(gè)太陽數(shù)光照強(qiáng)度下表現(xiàn)優(yōu)異，但在寒冷冬季，這樣高強(qiáng)度的太陽光并不常見；（3）涂層穩(wěn)定性不足也限制了其實(shí)際應(yīng)用。

圖1. 光熱超疏水防結(jié)冰/除冰涂層的設(shè)計(jì)思路

為此，中國科學(xué)院蘭州化物所張俊平研究員團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的理論分析，發(fā)現(xiàn)高水接觸角、低涂層熱導(dǎo)率及水滴在低溫、高濕度環(huán)境下在涂層表面維持穩(wěn)定Cassie-Baxter狀態(tài)是超疏水涂層實(shí)現(xiàn)優(yōu)異被動防結(jié)冰性能的關(guān)鍵。為此，該團(tuán)隊(duì)在凹凸棒石表面原位生長具有優(yōu)異光熱性能的Cu-MOF并進(jìn)行低表面能改性；將其分散至粘結(jié)劑中并通過非溶劑誘導(dǎo)粘結(jié)劑發(fā)生相分離形成微米粘結(jié)劑/低表面能納米粒子聚集體；通過一步噴涂法制得具有三級微/納/納米結(jié)構(gòu)的光熱超疏水防結(jié)冰涂層（圖1），有效解決了傳統(tǒng)光熱超疏水防結(jié)冰涂層的上述缺陷。該涂層在-10℃、80%相對濕度、0.1個(gè)太陽數(shù)弱太陽光條件下（或真實(shí)環(huán)境）展現(xiàn)出優(yōu)異的防結(jié)冰/結(jié)霜和除冰/除霜性能。相關(guān)研究成果以 “Scalable robust photothermal superhydrophobic coatings for efficient anti-icing and de-icing in simulated/real environments”為題，發(fā)表在《Nature Communications》上。該論文的共同第一作者為中國科學(xué)院蘭州化物所的助理工程師毛明元和助理研究員魏晉飛，通訊作者為張俊平研究員。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、甘肅省自然科學(xué)基金及甘肅省科技計(jì)劃重大專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。

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https://doi.org/10.1038/s41467-024-54058-8