仿生超疏水自清潔涂層是表面工程領域的前沿課題，在電力、通信等領域防結/覆冰雪方面顯示出重要的工程應用前景。然而，超疏水涂層于實際工程應用卻遭遇“瓶頸”期，其主要原因是超疏水涂層抑制結冰的內在機理不明。該研究成果闡釋了降溫結冰過程中，貯藏于自清潔涂層微-納米孔隙里溫暖的空穴氣體緩慢逸出，與水珠周圍冷空氣進行傳熱傳質對流作用，導致水珠-氣體體系中水珠的吉布斯自由能（結冰形核勢壘）增大，引起顯著的結冰延遲/滯后。上述理論模型將為工程性自清潔防結冰涂層的優化設計提供理論指導。
近五年來，表面功能材料及工程研發中心研究人員在工程性自清潔防結冰涂層方面取得了系列進展。受自然界荷葉表面“自清潔”特性的啟發，該研究團隊利用傳統涂層固化工藝（一步法）可控構筑出多種有序聚合物納米纖維織構化自清潔涂層（ZL201310568070.2），并揭示了宏觀外力和微觀內力干擾高分子結晶過程獲得有序聚合物納米纖維的機理（Nanoscale research letters, 2014, 9(1): 1-10）。由于防冰凍工程應用必須面臨苛刻的自然環境條件，研究人員系統揭示了高低溫交變、太陽光照射、酸雨、冰雪覆蓋等對超疏水涂層長期有效性的影響（Journal of Polymer Research, 2014, 21(5): 1-9）。針對目前國內外模擬結冰測試手段匱乏、與實際凍雨結冰環境差異較大的問題，該研究團隊創新性地研制了“多因素凍雨結冰模擬測試系統”，并建立起“多因素凍雨環境”、“結冰行為動態跟蹤”及“覆冰粘附力在線監測”動態在線協同測試方法（Mechanics in Engineering, 2015, 37(3): 367-371; China Surface Engineering, 2016, 29(4): 10-22）。此外，在工程應用示范方面，自清潔涂層改性鋼管（模擬輸電導線）在“模擬凍雨”環境下掛冰率減小約60%以上；超疏水涂層改性鋼板（模擬測速雷達天線罩）在高鐵動車試車考核下，其冰瘤/冰塊易整體脫附，顯示出良好的工程防冰/除冰應用前景。
上述研究工作得到了國家自然科學基金項目（51575504、51605466）、重慶市科技攻關重大項目（cstc2011ggC50003）及中科院“西部之光”人才計劃重點項目（3ZR12BH010）等項目的資助及支持。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b10165
自清潔涂層空穴氣體紊動抑制結冰理論模型
工程性自清潔涂層抗凍雨結冰性能顯著