哈工大赫晓东、矫维成团队 CEJ：具有静态平米级除冰和动态防冰性能的耐久型聚脲防冰涂层

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结冰是造成许多安全事故的重要原因，其危害体现在航空航天、电力系统、地面交通等方面。目前应用最广的主动防/除冰技术存在耗能大、效率低、易对环境造成污染等问题。相较之下，被动防/除冰材料利用材料的本征属性，能够在一定条件下实现延缓结冰、降低冰与基底粘附力的目标，达到能防冰、易除冰的目的，具有无能耗、环保的优点。然而，耐久性问题制约着被动防/除冰材料在实际工程中的应用。涂层耐久性的不足将导致除冰所需的成本增加，或需要频繁维护，使得被动防/除冰技术相对于主动防/除冰技术的相对优势丧失。如何设计同时具有优异防冰性能和耐久性的防冰涂层仍然存在较大的挑战。

哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所赫晓东教授、矫维成教授在防/除冰材料设计理论、涂层可控制备、防/除冰性能测试评价等方面深耕多年，积累了丰富的研究成果和经验。近日，该团队报道了一种新型的具有优异耐久性的聚脲防冰涂层。该研究通过精密的分子结构设计，合理设计聚脲基体中硬段与软段的种类和含量。聚脲基体的独特结构不仅保证了优异的耐久性及内聚强度，缓解了低弹性模量聚合物材料用于防冰时耐久性差的普遍问题，还降低了自身的交联密度及表面能，带来较低的冰粘附。将增塑剂引入聚脲基体中，调控在冰-涂层界面行为，增塑剂在外部载荷作用下，具有足够的流动性，进一步降低冰粘附（图1）。合理的材料设计最大限度地发挥了涂层中每个组分的优势，聚脲防冰涂层实现低冰粘附强度（~23.7 kPa）的同时，还具有优异的耐久性和化学稳定性（图2）。经过50次结冰/除冰循环、5000次Taber磨损、酸碱浸泡、回收后仍然能保持优异的防冰性能。聚脲防冰涂层施工操作简单，可采用喷涂、刷涂等工艺成型，将其大面积应用于基材表面，可实现平米级冰层自重除冰。此外，聚脲防冰涂层表现出优异的动态防冰性能，与未涂覆涂层的表面相比，涂覆防冰涂层的表面具有更少的积冰量和更长的结冰时间（图3）。将本研究成果应用到飞机、风电叶片、斜拉桥等易受结冰影响的领域，降低传统防/除冰装置的能源消耗，提高设备使用的安全性能，提升防御结冰灾害的应对能力，强化应对结冰条件下的科技支撑，对国防军工、工业生产、日常生活等具有重要意义。

图1 聚脲防冰涂层的设计制备及大面积实物图

图2 聚脲防冰涂层的耐久性及可回收性

图3 大面积冰层自重除冰及动态防冰结果

目前，该研究以“Robust polyurea icephobic coatings with static large-scale de-icing and dynamic anti-icing performance”为题发表于《Chemical Engineering Journal》上。本文的通讯作者为哈尔滨工业大学矫维成教授，第一作者为博士研究生李君。该研究工作得到国家重点研发计划课题和中央高校基本科研业务费专项资金资助（哈工大点子基金）等经费资助。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723060709

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