中科院之聲 - 硅基超疏液塗層應用基礎研究取得進展－鑽石舞台

仿生超疏液塗層具有液滴接觸角高（>150°）、滾動角低（<10°）等特點，且液滴易從表面滾落。近年來，仿生超疏液塗層研究取得了進展，在自清潔表面、油水分離、防腐、防結冰、微流體等領域具有廣闊的應用前景，並呈交叉發展態勢。然而，多數超疏液塗層研究仍停留在實驗室階段，難以走向工程化應用。這是由於仿生超疏液塗層機械穩定性、耐候性差，動態超疏液性能不佳，導致塗層壽命較短；製備方法複雜、成本高，難以實現量產；研究缺乏目標導向等。

中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學研發中心硅基功能材料組長期從事超疏液塗層研究。課題組以硅酸鹽黏土和有機硅化學為基礎，構建了一系列性能優異的超疏液功能材料包括塗層、3D多孔材料、微納米粒子等，突破了超疏液塗層的關鍵共性問題，解決了實際應用中的科學問題，實現了工程化應用如5G天線罩/雷達罩防雨衰、高壓輸電線路防結冰、電子產品防水防油膜等；與能源、通信等領域交叉，培育新方向，探索了超疏液表面在鋰電池隔膜（Advanced Energy Materials 2018, 8, 1801778；Energy Storage Materials 2021, 37, 13）、太陽能界面蒸發材料（Nano Energy 2021, 81, 1056）等領域的應用。

近日，該課題組報道了一種可大面積製備的穩定超雙疏塗層，並將其應用於高壓輸電線路鐵塔防結冰。研究將F-SiO2納米粒子/粘結劑複合材料相分離，構建了三級微/微/納分級結構。塗層展現出優異的靜態、動態超雙疏性及防結冰性能（圖1）。通過自相似結構、微骨架保護作用及粘結劑的協同作用，塗層呈現出優異的機械穩定性。研究實現了F-SiO2納米粒子/粘結劑複合材料的量產和超雙疏塗層的大面積製備（圖2），並應用於中國長江安徽段1000 kV高壓輸電線路鐵塔防結冰（圖3），展現出較好的防結冰性能。目前，該塗層正在進行規模化推廣應用。

相關研究成果以Scalable Robust Superamphiphobic Coatings Enabled by Self-Similar Structure, Protective Micro-Skeleton, and Adhesive for Practical Anti-Icing of High-Voltage Transmission Tower為題，發表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到國家自然科學基金、甘肅省科技重大專項、蘭州化物所等的支持。