天津大学张雷团队：适用于户外、高空基础设备的太阳光响应型防除冰涂层

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飞机、风力涡轮机、输电线路和公路等基础设施表面结冰会造成重大的经济损失甚至造成灾难性事故。当前除掉积冰的方法主要包括电热除冰、热风除冰和机械除冰等，但这些技术方法通常效率低且耗能。其他基于化学试剂（如喷洒盐溶液）的除冰方法虽可以降低水的凝固点、减少设备表面的积冰，但对环境有害且对金属设备表面有腐蚀作用。因此，如何制备一种新型节能、环保、适用于户外与高空的高效防除冰涂层仍然是一个挑战。

近日，天津大学化工学院生物化工系张雷教授课题组在化工顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子10.652）上发表了一种适用于户外、高空的太阳光响应型防除冰涂层研究。天津大学化工学院博士研究生郭洪爽为论文的第一作者，张雷教授和青年教师杨静为通讯作者，天津大学化工学院为论文的第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金委以及中国博士后科学基金面上项目等支持。

图1太阳光响应型防除冰涂层制备方法

该工作利用新型两亲性材料结合光热碳纤维，开发了一种太阳光响应产热、可高效防冰与除冰的新型涂层，且制备出的涂层具“鲁棒性”，可承受长时间的酸雨、沙粒冲刷，适用于户外、高空等基础设备（如图1）。该涂层的优异性能关键在于将可降低冰点的亲水链段PVP、低表面能PDMS、与光热碳纤维有机协同的融合：可以降低冰点的亲水PVP链段，有效防止冰的形成；碳纤维的加入不仅可以吸收太阳光产热除冰，更进一步降低了PDMS基涂层表面的附着力，可使积冰在阳光的照射下，仅依靠风力、重力等自然条件除去。此外，新型涂层稳定性良好，经过30次的循环抗冰测试，冰附着强度都没有明显的变化（如图2）。

图2冰附着力测试与循环试验

在太阳光的照射下，该涂层表面温度可以达到46℃，与冰接触的表面先融化，进而更加降低了冰与基质的附着力，在重力的作用下冰就可以轻松脱落（如图3）。另外，该涂层还表现出户外应用所需的“鲁棒性”，可经受酸雨、落沙的冲刷，涂层冰附着强度没有明显的变化（如图4）。本工作开发了一种太阳光响应型节能环保、稳定高效的防除冰新涂层，对户外、高空的基础设备表面防除冰应用具有十分重要的意义。

图3涂层光热除冰效果

图4模仿酸雨和落沙实验示意图

作者简介：

张雷，天津大学化工学院教授、博士生导师、生物化工系主任。入选“国家级海外人才计划”、国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”、教育部“新世纪优秀人才支撑计划”、天津市“中青年科技创新领军人才”、“侯德榜化工青年奖”、“天津首届青年创新能手”等，荣获2020年天津大学“我心目中的十佳导师”。担任《中国化工学报（英文版）》编委。一直致力于将亲水分子的抗生物粘附、抗冻保护等独特性质，应用于生物化工多个领域，包括人造胰岛、细胞超低温冻存、抗冻电子皮肤材料、海洋抗污涂料、抗菌涂料等。

杨静，天津大学化工学院讲师、硕士生导师，入选科技委人才。主要从事细胞保存、仿生抗冰材料、柔性电子皮肤材料等领域的研究。

课题组主页：

http://bpetc.tju.edu.cn/zhanglab.html

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126161

来源：高分子科学前沿

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