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在一些关系到国家安全的重要领域,如电力输送、通信网络、航空、航海以及高铁运输等,物体表面结冰可能会给人们出行以及国家经济的稳定运行带来严重的安全隐患。针对此问题,目前研究较多的是人工/机械除冰、电力加热除冰,加盐融冰,等等。但这些方法存在受空间局限性大、耗能高、污染环境等缺点。抗结冰涂层,包括涂覆小分子油类和大分子氟碳类,相比起上述方法,具有成本低、耗能小、易于实施特点,近来备受重视。目前主要的抗结冰涂层以含氟聚合物为主,包括在纳米结构表面涂覆含氟油脂制备超光滑低表面能表面。但这些含氟涂层往往与基底的结合力不够,导致其应用寿命较短。本文首先以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)与十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)作为反应物,经溶胶-凝胶法制备出涂层高度疏水(119°)、成膜性能优异的氟硅溶胶涂料,然后以之作为改性剂,以水性环氧涂料为主体,通过-NH2与环氧基的反应,将含氟链通过化学反应接枝到环氧树脂上,制备出了含氟水性环氧涂料,涂层高度疏水(115°),与基底结合力强。对涂料固化过程中的氟元素自分层机理进行了分析。在光滑涂层疏水性接近其理论极限后,将纳米Si02掺加到上述氟硅溶胶中,涂覆固化后得到了接触角高达150°的超疏水表面。不仅如此,在此表面上进一步涂敷一层含氟润滑油之后,得到超光滑表面,其接触角滞后大大下降。I对上述涂层进行了抗结冰性能测试,发现在-10℃铜基底上,疏水涂层相比未改性铜表面,外加水滴结冰时间从40 s延长到了800 s,且随着温度降低,其与未改性表面差异越来越小,到-15℃时,延迟结冰效果至微。而在-10℃下,原位冷凝结冰时间仅从60s延长到了 125 s,且随着相对湿度上升,延迟结冰效果还会下降。但直至在-30℃,疏水涂层的结冰附着力只相当于未改性不锈钢表面的1/2(铜片太薄影响附着力测试,改用较厚不锈钢片,下同),疏冰效果优异。由SiO2掺杂得到的超疏水涂层与超光滑表面相对上述两种疏水涂层来说,在减小结冰附着力和延迟结冰两方面表现都非常好:对外加过冷水滴而言,在-30 ℃下,超疏水表面结冰附着力仅相当于未改性不锈钢表面的1/3,而超光滑表面则仅只有1/5。在-10℃,RH=40%下,未改性铜表面的冷凝结冰时间为60s,超疏水为600s,超光滑表面甚至达到了1000 s,而对疏水涂层而言,这一值仅为125 s。在-20℃下,外加水滴在未改性铜表面和疏水涂层上均在7 s即开始结冰,但在超疏水铜表面要到110 s才开始结冰,超光滑表面则延迟到了240 s。从以上我们可以看出,超疏水涂层与超光滑表面抗结冰效果优异。