結冰降低玻璃能見度，改變風力葉片翼形結構，增加電線電纜負重，影響路況，引起飛機失事等，冰層覆蓋在設備設施表面會產生許多負面作用，產生安全隱患，甚至造成巨大的經濟損失。

近年來，受荷葉效應啟發，學者們利用仿生技術制備了一系列超疏水材料，由于其獨特的微納米結構和低表面能化學性質，可有效延遲結冰并促進冰層脫附，在防冰領域具有巨大潛力，但使用壽命短嚴重限制了其實際應用。這主要是由于超疏水涂層精細的微納米結構易被機械外力損傷，同時低表面能組分之間的不兼容又會惡化涂層的機械性能。

針對上述問題，東南大學張友法教授團隊與香港理工大學王鉆開教授合作，采用有機硅交聯活性納米顆粒和超疏水納米顆粒，賦予防冰涂層致密微結構，并耦合高機械強度和柔韌性，從而獲得長效防冰性能（圖1）。相關成果 “Framework bridging-induced densified icephobic coatings coupling high mechanical strength and flexibility”發表于《Chemical Engineering Journal》，文章第一作者為揚州大學講師顧萬誠（原東南大學博士生）。

圖1. 期刊首頁和涂層設計思路

上述有機硅涂層具有優異耐損傷性。由于涂層表面、內部和底部均具達到超疏水效果，擁有自相似性（圖2a），因此涂層在經受700次Taber磨損后依然具有拒水能力（圖2b）。

此外，除了機械磨損，涂層還可以承受超過200次反復折損（圖2c）。更重要的是，涂層即使經過機械損傷后，仍展現出極低的粘附力，甚至由于結構更加平整，使涂層粘附力進一步降低（圖2d-f）。

圖2. 有機硅涂層的耐損傷性

圖3. 有機硅涂層的防冰性能

對于有機硅涂層的防冰性能，首先，在承受較已報道的涂層7-75倍的磨損以后，涂層仍顯示極低的冰層粘附力（圖3a），并總結了防冰所需的化學性質和微結構要求（圖3b）；其次，即使涂層受損失效，也可通過短暫的加熱或室溫放置實現自修復，從而進一步提高涂層的長效防冰性（圖3c）；第三，涂層可承受水流沖擊這類機械沖擊，為在雨天服役奠定了基礎（圖3d）；第四，除了機械損傷，涂層還可以承受凍融循環、結冰-除冰循環、戶外暴露、化學侵蝕和熱沖擊等環境外力作用，顯示出優異的環境穩定性（圖3e-f）。

這項研究解決了超疏水涂層用于防冰領域時耐久性不足的問題，為超疏水涂層的實際應用提供了理論依據和技術支持。

資助基金項目：國家自然科學基金（52071076）

參考文獻：

Wancheng Gu et al. Framework bridging-induced densified icephobic coatings coupling high mechanical strength and flexibility. Chemical Engineering Journal, 504, 158776 (2025).

論文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158776