户外基础设施(如风电叶片、飞机、输电线路等)表面覆冰会造成重大的经济损失和安全隐患,防冰涂料作为一种主动防冰策略通过抑制结冰和促进脱冰的特性受到了广泛关注。
户外应用的防冰涂料难免会遭受风沙冲蚀、异物撞击等造成机械损伤,从而使涂料层受到破坏从而失去保护功能。但是防冰涂料的重新刷涂不但极大的增加了成本,且对涂装人员的人生安全存在极大的风险。因此,开发具有自主愈合能力、能够实现“涂后不管”的新型防冰涂料,具有着重要的实际应用意义。
图1 表面机械损伤对涂料防除冰性能的影响机制及仿生自愈合防冰涂料设计思路
图2 缺陷诱导涂料表面冰成核、扩散传递以及冰粘附行为
为了抵抗缺陷对涂料防/除冰性能的降低,开发一种可自主自愈合的防冰涂料至关重要。基于前期防冰涂料的工作(Nat. Commun. 2020, 11, 2037; Small 2023, 19, 2206075),该团队研究挖掘了天然抗冻蛋白的关键抗冻模块(冰结合位点IBS与非冰结合位点NIBS),通过抗冻模块结构构建了仿抗冻蛋白聚合物PDSB,并加入到自愈合材料基质中,创制了具优异防除冰性能的防冰涂层,该涂层可在零下20度自主愈合的防冰涂料。
图3 仿抗冻蛋白聚合物设计及抗冻性能
图4 仿生自愈合防冰涂料的防结冰/除冰机制及性能
通讯作者简介
张雷,天津大学化工学院生物化工系教授、系主任、博士生导师,国家自然科学基金优秀青年基金获得者。主要研究方向包括生物化工与合成生物学、低温保护、功能材料、防冰涂料等。已在Nature Biotechnology, Nature Communications, JACS, Angew, Chemical Reviews, AIChE Journal, CES, Research, Engineering等期刊发表论文100多篇。
杨静,天津大学化工学院副教授、博士生导师。主持国家级重点项目、国家自然科学基金、天津市基金、教育部博士后基金等项目。主要研究方向为细胞保存、仿皮肤材料、合成生物学等。已在Nature Communications, Research, Advanced Functional Materials, Chemical Reviews, AIChE Journal等刊物发表第一作者/通讯作者SCI论文40余篇。
论文信息:Inhibition of Defect-Induced Ice Nucleation, Propagation, and Adhesion by Bioinspired Self-Healing Anti-Icing Coatings
Shu Tian, Ruiqi Li, Xinmeng Liu, Jiancheng Wang, Junyu Yu, Sijia Xu, Yunqing Tian, Jing Yang* and Lei Zhang*
Research 2023. DOI: 10.34133/research.0140
全文链接:https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0140
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