江苏理工学院欧军飞教授Progress in Organic Coatings：坚固的超疏水涂层，通过静电粉末喷涂实现光热防冰和除冰
引用格式：
Zhou X, Ou J, Hu Y, et al.Robust superhydrophobic coating for photothermal anti-icing and de-icing via electrostatic powder spraying[J]. Progress in Organic Coatings, 2024, 197108778-108778.
该研究采用静电粉末喷涂技术，成功设计了一种环保且耐用的超疏水涂层，具有优异的防冰和除冰特性，且不释放挥发性有机化合物（VOCs）。通过将聚四氟乙烯（PTFE）和二氧化硅（SiO2）颗粒整合到聚酯基粉末涂层中，然后用家用搅拌器彻底混合，所得到的粉末通过静电吸引均匀地涂在基材上，随后固化，产生机械坚固的超疏水涂层（CA = ~162°，SA = ~2.3°）。值得注意的是，即使在经历了两次水和落沙冲击测试（相当于ISO/TS 10689标准规定的两年自然风化）以及250次磨损或200次剥离测试后，涂层仍保持了约150°的接触角，强调了其卓越的耐久性。该涂层的超疏水性使100 μL水滴在-20◦C下的冻结时间延长了2.8倍。当光热特性与超疏水性相结合时，在0.3 kW/m2照明下，冻结延迟进一步扩大到3.6倍，在0.6 kW/m2照明下扩大到4.2倍。此外，当在模拟阳光（1 kW/m2）或红外激光（25 kW/m2）的影响下进行测试时，与未涂层的铝基板相比，涂层将冰的融化时间缩短了近一半。与铝表面的水滴相比，涂层表面的冰粘附力降低了87%。总而言之，这种创新、环保、持久的超疏水涂层具有卓越的防冰能力，在户外金属保护领域的大规模生产和广泛应用前景广阔。
图1. 超疏水涂层制备工艺示意图。
图2. 根据ISO/TS 10689:2023“纳米技术-超疏水表面和涂层：特性和性能评估”标准，水冲击试验(a)、落砂试验(b)和耐磨装置(c)的示意图。
图3. 马口铁基体上PR涂层(a)、PR/PTFE-10涂层(b)和PR/PTFE-10/SiO2-3涂层(c)的宏观和微观表面形貌。
图4. PR/PTFE-10/SiO2-3涂层的横切剥离试验（a-b），附有评估附着力水平的标准(c)。(d)演示PR/PTFE-10/SiO2-3涂层的CA（接触角）和SA（滑动角），胶带剥离后插入显示相应的水滴光学图像。
图5. 20 μL水滴在铝衬底（a - C）和PR/PTFE-10/SiO2-3涂层（d-f）上在-20◦C下的冻结序列。(g)不同基材上的冰附着。
图6. (a)一个阳光强度下铝或PR/PTFE-10/SiO2-3涂层表面冰融化的红外热像和光学像。(b)用红外激光照射覆盖2mm冰的铝或PR/PTFE-10/SiO2-3。AI、PR和PR/PTFE-10/SiO2-3经疝灯照射后的升温曲线(c)。(d)不同样品的UV-VIS-NIR吸光度。
采用简单的静电喷涂方法和复合粉末涂料制备了耐久的超疏水粉末涂料。涂层由热固性聚酯粉末涂层组成，硬度高，与金属基材的附着力强。该技术成熟，成本低。聚四氟乙烯（PTFE）的加入降低了涂层的表面能，阻碍了聚酯粉末的流动流平，导致结构粗糙。同时，无机颗粒（疏水性SiO2）的加入增强了涂层的耐磨性。经过200次摩擦和胶带剥离试验，或在强酸或强碱溶液中浸泡4小时，涂层仍保持150°的接触角，表明其具有优异的耐酸碱性能。PR/PTFE- 10/SiO2-3涂层还具有防冰和除冰能力。与铝表面的水滴相比，由于超疏水性和光热效应，水滴在涂层上的结冰时间延长了2.8 ~ 4.2倍，而冰的粘附强度降低了87%。此外，在模拟阳光强度或红外激光照射下，涂层上的冰块/层的融化时间比铝板上的融化时间缩短了近50%。通过与其他文献的对比，可以看出，本研究制备的光热超疏水涂层不仅具有出色的耐久性，而且光热性能在其他超疏水涂层中名列前茅。该涂层是一种绿色、耐用、防冰的超疏水涂层，有望大规模生产，用于户外金属防护。
原文链接：https://doi. org/10.1016/j.porgcoat.2024.108778相应的成果以“Robust superhydrophobic coating for photothermal anti-icing and de-icing via electrostatic powder spraying”为题发表在Progress in Organic Coatings上，文章的通讯作者为欧军飞教授。
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