清华大学《Small methods》：基于氟化树脂和嵌入石墨烯协同作用，增强粗糙表面抗冰/除冰性能

成果简介

结冰会对工业和日常生活造成负面影响，往往会导致严重的安全问题和巨大的经济损失。本文，清华大学 李津津团队在《Small methods》期刊发表名为“Enhanced Anti/De-Icing Performance on Rough Surfaces Based on The Synergistic Effect of Fluorinated Resin and Embedded Graphene”的论文，研究采用旋涂固化工艺制备了嵌入石墨烯纳米片的氟化树脂涂层。

结果表明，与镜面铝板相比，在环境温度为-15 °C、太阳辐射功率为96mW cm-2 （1个太阳）的模拟条件下，冰的附着强度降低了约97.0%，结冰时间延迟了46.3倍。涂层优异的防冰/除冰性能主要归功于低表面能的含氟树脂、减少接触面积的喷砂铝板的粗糙结构以及具有优异光热效应的嵌入式石墨烯纳米片的协同作用。此外，嵌入式石墨烯纳米片的暴露边缘含氧官能团与水分子之间的氢键竞争效应进一步提高了防冰性能。这项研究提出了一种简便的制备方法，可制备出具有优异防冰/除冰性能的涂层，为大规模工程应用提供了巨大潜力。

图文导读

图1、AF_G涂层的制备过程示意图。该图概述了创建复合涂层的两步程序，包括基材的喷砂和随后的涂层旋固化。

图2、复合涂层的组成和元素表征

图3、AF_G涂层的SEM图像和光学照片

图4、涂料防冰附着性能的比较

图5、涂层的光热效应和延迟结冰性能。

图6、AF_G涂层的耐磨性和坚固性

图7、AF_G涂层防冰/除冰机制的示意图。

小结

本研究基于简单的工艺制备了一种AF_G涂层，通过氟化树脂和嵌入式石墨烯纳米片的协同作用，增强了粗糙基板的防冰/除冰性能。与镜面铝板相比，所制备涂层的附冰强度降低了约97.0%，在无光条件下结冰时间延迟了26.6倍，在环境温度为-15 °C的 “1 个太阳 “条件下结冰时间延迟了46.3倍，从而证明了该涂层优异的防冰/除冰性能。

此外，与喷砂处理的铝基材相比，AF_G 涂层的磨损率降低了近三个数量级。这表明涂层具有优异的耐磨性，有利于提高低冰附着性能的稳健性。AF_G 涂层良好的防冰/除冰性能主要归功于 AF1601 树脂的低表面能特性、喷砂铝板的粗糙结构、嵌入式纳米石墨烯裸边含氧官能团与水分子之间的氢键竞争效应以及 AF_G 涂层中嵌入式纳米石墨烯卓越的光热效应之间的协同作用。这项研究提供了一种生产优异防冰涂层的简单方法，可促进大规模工程应用。

文献：https://doi.org/10.1002/smtd.202301262