兼具可切换润湿性与脱湿能力，实现高效防冰/除冰功能

可扩展、稳健且光热响应型超疏水涂层：兼具可切换润湿性与脱湿能力，实现高效防冰/除冰功能

超疏水涂层（SHC）与浸润滑液的多孔表面（slips）在防冰领域展现出显著潜力。本研究通过引入相变材料（正十九烷）并采用受荷叶及茅膏菜表面启发的简易喷涂工艺，成功开发出一种智能光热响应型超疏水涂层（PTRSHC），其润湿性可在超疏水态与滑动态之间实现切换。正十九烷不仅具有固液润滑功能，还具备低表面能特性，从而显著提升材料的拒水性和防冰/除冰性能。得益于这种智能润湿状态切换机制，温策尔态下的水和冰可被快速清除——这一特性在传统SHC中难以实现。该涂层有效解决了恶劣环境中因微纳米结构与冰层机械互锁导致的防冰性能不足问题，同时其滑动性能比传统防滑材料更为持久：涂层冻结时间长达10,195秒，单日光照下融冰时间为238秒，冰粘附强度低至26.9kPa；此外还兼具优异的耐磨性和化学稳定性。本研究为设计构建适用于户外场景的智能耐用防冰/除冰表面提供了新思路。

文章核心创新点：

首次开发智能光热响应型超疏水涂层（PTRSHC），以正十九烷为相变材料，借荷叶-茅膏菜仿生喷涂工艺，实现超疏水/滑动态可逆切换；

利用正十九烷固液润滑与低表面能特性提升拒水及防冰/除冰性能，解决传统涂层微纳结构与冰层互锁致防冰失效问题；

性能优异：冻结时间10,195秒，单日光照融冰仅238秒，冰粘附强度低至26.9kPa，滑动性能持久；同时具优异耐磨与化学稳定性，适合户外应用，为智能耐用防冰/除冰表面设计提供仿生新策略。

研究背景

结冰严重威胁输电线路、航空设备等基础设施的安全与寿命，传统主动除冰方式效率低、成本高。被动防冰表面如超疏水涂层和注液润滑多孔表面因此受到关注。超疏水涂层虽能延缓结冰、降低冰附着力，但在极端环境下易从Cassie-Baxter态转为Wenzel态，导致疏水性衰减、冰层附着更强，且融水残留易再次结冰。注液润滑表面防冰性能优异，但存在润滑剂流失、耐久性不足的问题。

将光热材料引入被动防冰体系可实现防冰与除冰结合，但固有缺陷仍未解决。已有润湿性可切换表面多限于超疏水与超亲水或不同润滑态间转换，且常含氟、抗冲击能力有限。

受荷叶与猪笼草启发，本文采用一步喷涂法制备新型光热响应型超疏水涂层，可随温度在超疏水态与润滑态间可逆切换，两种状态均具良好疏水斥液能力。切换至润滑态可显著提升脱湿能力，分子动力学模拟验证了其效果。涂层含十九烷相变材料，兼具强化超疏水与固体润滑作用，赋予优异被动防冰性能；超疏水与光热性能协同，实现防除冰一体化。

标准光照下冰层238秒内完全融化，倾角20°时融冰29秒滑落，-10°C户外10mm积雪24.4分钟清除。涂层机械与化学稳定性优异，制备简便，适合规模化应用，可为光热型超疏水防除冰涂层的多领域应用提供参考。

结果解析

PTRSHC 的制备与表征

相变前后PTRSHC 的表面润湿性

PTRSHC -50的被动防冰性能

PTRSHC -50的主动除冰性能

研究结论

本研究结合仿生结构设计与相变材料，制备出可响应温度与光照、在超疏水态和润滑态之间可逆转换的光热响应型超疏水涂层PTRSHC-50。该涂层耐久性能优异，润湿性转换过程稳定可靠，同时具备良好的结冰延缓效果、光热除冰能力，冰层附着力仅为26.9千帕。

室温下，涂层表面处于卡西态的水滴可自由回弹；当温度达到相变阈值后，原本滞留于温策尔态的水分能够顺利滑落。借助这种状态切换，附着在涂层表面的温策尔态积水、体积比1:1乙醇水溶液以及固着冰层均可轻松脱除。分子动力学模拟结果也进一步证实了该涂层优异的脱水能力。

传统超疏水涂层易因微纳结构与冰层形成机械嵌合，导致高湿环境下防冰性能大幅衰减，而本材料的强脱水特性有效突破了这一技术瓶颈。涂层可耐受十米砂纸摩擦，耐磨性能出色；零下十摄氏度户外环境中，能够在24.4分钟内清除十毫米厚积雪，光热除冰效率可观，可在低温工况下稳定服役。

该研究为智能防除冰表面的规模化制备奠定基础，产品适用于输电线路、飞机机翼、风力机叶片等户外基础设施。

技术来源：https://doi.org/10.1002/adfm.202518852