冰雪的堆积是一种自然现象，可能会在航空、电力传输、风力发电以及农业生产等多个领域引发严重后果。例如，得克萨斯州发生的灾难性暴风雪严重影响了人身安全和经济稳定。因此，制定安全有效的除冰策略至关重要。传统的主动除冰方法，如机械刮除、电热加热和化学液体，被广泛使用，但因其高能耗、环境污染以及在偏远地区的适用性有限而备受诟病。
受荷叶启发，超疏水表面已成为一种有前景的被动防冰策略。这些表面利用微/纳米粗糙度来形成气泡，减少水滴与基材之间的接触面积，从而降低冰的粘附。然而，在恶劣的环境中（如高湿度或极低温度），仅靠被动表面可能会因霜的积聚或冰的机械联锁而单独失效。为了克服这一局限性，将主动光热除冰功能集成到超疏水涂层中已引起了广泛关注。碳纳米管(CNTs)因其优异的光热转换效率而闻名，在这一方面得到了广泛应用。例如，最近的研究成功地将碳纳米管与各种聚合物结合，制造出在阳光或近红外（NIR）照射下产生热量的涂层。
尽管取得了这些进展，但仍存在两个关键挑战。首先，要实现低表面能，大多数现有的光热超疏水涂层严重依赖含氟聚合物或氟硅烷。这些含氟化合物价格昂贵，由于其持久性和毒性，对人类健康和环境造成潜在风险。其次，构建坚固的分级结构十分困难；许多超疏水表面在受到磨损或摩擦时，其防冰功能容易丧失。因此，开发一种同时实现无氟环保、机械坚固性和高光热效率的涂层仍然是一个重大挑战。
近期，南昌航空大学杨海涛团队、赣南科技学院彭慧璇团队采用喷涂技术，成功制备了一种具有高光热转换效率的坚固、无氟光热超疏水防/除冰涂层。
以丙烯酸酯共聚物树脂（AR）作为粘合剂，将其与多壁碳纳米管（CNTs）和疏水二氧化硅（SiO2）纳米颗粒相结合，制得ACSHx复合涂层。
所制得复合涂层的微/纳米粗糙度为3.34 μm，水接触角为165°，滚动角为6.5°，表现出优异的超疏水性。通过被动防冰和主动光热除冰的协同作用，该涂层将水冻结时间延长了377秒，并将冰的粘附强度显著降低至36.9kPa。最重要的是，在近红外照射下，该涂层表面温度能够迅速升高至90℃，在户外环境中仅需8秒即可实现完全除冰。此外，该涂层还具有优异的机械耐久性。
本研究为防冰应用提供了一种环保且持久的解决方案，在航空和电力传输领域具有广泛的应用潜力。
相关研究成果以“Robust and fluorine-free: A photothermal superhydrophobic coating for synergistic passive and active deicing”为标题发表在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》上。
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