北京
换热器表面结霜结冰严重影响空气源热泵、制冷空调及低温换热装备的高效稳定运行。超疏水表面是一种极具潜力的被动防冰技术，但在低温高湿环境中，冷凝水容易逐渐侵入微纳粗糙结构，导致稳定的 Cassie 润湿状态向高黏附状态转变，进而增强结冰后的机械钉扎。此外，翅片换热器间距狭窄、结构复杂，也对涂层的均匀可控制备提出了更高要求。因此，如何兼顾低温润湿状态稳定性与复杂基材表面的可控制备，是超疏水防冰涂层实际应用面临的重要问题。
针对上述难题，东南大学张友法教授团队联合浩力森化学科技（江苏）有限公司，提出了一种基于部分硅烷化管–球复合构筑单元的恒电压电泳沉积策略。一维纳米管与纳米颗粒协同组装形成纳米多孔网络，通过缩小有效孔径，提高液体侵入所需克服的毛细压力，有效抑制低温冷凝水向粗糙结构内部渗透，从而增强 Cassie 润湿状态的稳定性。同时，电泳沉积赋予涂层良好的结构可控性和复杂基材适应性，为低温稳定超疏水防冰涂层的制备提供了新的技术路径。
相关成果以“Nanoporous superhydrophobic coatings via electrophoretic deposition for stable anti-icing”为题，发表于材料领域国际权威期刊《Materials Horizons》，并入选期刊内封面论文。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/d6mh01219a
电泳沉积构筑纳米多孔结构：研究团队首先制备具有电泳迁移能力的管–球复合构筑单元。在外加电场作用下，带电复合颗粒定向迁移并沉积于金属基底表面，通过恒电压电泳沉积形成连续、均匀且厚度可调的功能涂层。纳米管与纳米颗粒协同组装，在涂层内部构筑出纳米多孔结构，实现了对涂层微纳结构的有效调控。
【图1. 管–球复合构筑单元及恒电压电泳沉积过程】
【图2. 管–球协同组装形成的纳米多孔结构】
涂层的低温稳定性：纳米孔结构赋予涂层良好的抗液体侵入能力，水滴在结冰–融化过程中保持稳定的润湿状态，表明涂层具有良好的低温稳定性。在 −15 ℃条件下，涂层的初始冰黏附强度低至 1.8 kPa，经历 60 次结冰–除冰循环后仍仅为 4.1 kPa，表现出优异的低冰黏附特性和循环稳定性。
【图3. NC 涂层的低温润湿稳定性与防冰性能】
小结：该研究将超疏水防冰表面的设计重点从单纯追求高接触角和表面粗糙度进一步拓展至低温冷凝环境下的润湿状态稳定性，并将纳米孔结构设计与可调控电泳沉积相结合，为长期稳定超疏水防冰涂层的设计及其在低温换热装备中的应用提供了新的思路。
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
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