科研進展
蘭州化物所硅基超疏液涂層應用基礎研究取得新進展
仿生超疏液涂層具有液滴接觸角高（>150°）、滾動角低（<10°）等特點，液滴易從表面滾落。其研究始于1907年（Ann Chim Phys 1907, 10, 229-288; Ann Chim Phys 1907, 10, 289-321），2000年左右重新引起科研界和工業(yè)界關注。近20多年來，仿生超疏液涂層研究取得了長足發(fā)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應用前景，近年來呈交叉發(fā)展態(tài)勢。然而，大多超疏液涂層研究仍停留在實驗室階段，難以走向工程化應用。主要原因是仿生超疏液涂層機械穩(wěn)定性、耐候性差，動態(tài)超疏液性能不佳，導致涂層壽命較短；制備方法復雜、成本高，難以實現(xiàn)量產(chǎn)；研究缺乏目標導向等。
中國科學院蘭州化學物理研究所環(huán)境材料與生態(tài)化學研發(fā)中心硅基功能材料組長期從事超疏液涂層研究。該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(yōu)異的超疏液功能材料，包括涂層、3D多孔材料、微納米粒子等。已發(fā)表論文100余篇（其中，封面文章13篇），獲系列中國發(fā)明專利授權。主要突破了超疏液涂層的關鍵共性問題，解決了實際應用中的科學問題，實現(xiàn)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(chǎn)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（Adv Energy Mater 2018, 8, 1801778; Energy Storage Mater 2021, 37, 13...）、太陽能界面蒸發(fā)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制備的穩(wěn)定超雙疏涂層，并將其應用于高壓輸電線路鐵塔防結冰。研究人員將F-SiO2納米粒子/粘結劑復合材料相分離，構建了三級微/微/納分級結構，涂層展現(xiàn)出優(yōu)異的靜態(tài)、動態(tài)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(xié)同作用，涂層呈現(xiàn)出優(yōu)異的機械穩(wěn)定性。更重要的是，實現(xiàn)了F-SiO2納米粒子/粘結劑復合材料的量產(chǎn)和超雙疏涂層的大面積制備（圖2），并應用于中國長江安徽段1000 kV高壓輸電線路鐵塔防結冰（圖3），展現(xiàn)出較好的防結冰性能。該涂層受到了安徽電網(wǎng)、江西電網(wǎng)等多家公司關注，目前正在進行規(guī)?；茝V應用。
圖1.相分離法制備穩(wěn)定超雙疏涂層的示意圖
圖2.穩(wěn)定超雙疏涂層儲備液的規(guī)?；苽?/p>
圖3.穩(wěn)定超雙疏涂層的防結冰性能及工程化應用
上述研究以“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(fā)表在Advanced Functional Materials（2022, 2206014）上。蘭州理工大學聯(lián)培博士生魏晉飛為論文第一作者，蘭州化物所張俊平研究員為通訊作者。
該工作得到了國家自然科學基金、甘肅省科技重大專項、蘭州化物所“十四五”規(guī)劃、蘭州化物所和山東鑫納超疏共建的納米自潔材料聯(lián)合實驗室等的支持。
