戶外基礎(chǔ)設(shè)施(如風(fēng)電葉片、飛機(jī)、輸電線路等)表面覆冰會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患,防冰涂料作為一種主動防冰策略通過抑制結(jié)冰和促進(jìn)脫冰的特性受到了廣泛關(guān)注。
戶外應(yīng)用的防冰涂料難免會遭受風(fēng)沙沖蝕、異物撞擊等造成機(jī)械損傷,從而使涂料層受到破壞從而失去保護(hù)功能。但是防冰涂料的重新刷涂不但極大的增加了成本,且對涂裝人員的人生安全存在極大的風(fēng)險。因此,開發(fā)具有自主愈合能力、能夠?qū)崿F(xiàn)“涂后不管”的新型防冰涂料,具有著重要的實際應(yīng)用意義。
圖1 表面機(jī)械損傷對涂料防除冰性能的影響機(jī)制及仿生自愈合防冰涂料設(shè)計思路
圖2 缺陷誘導(dǎo)涂料表面冰成核、擴(kuò)散傳遞以及冰粘附行為
為了抵抗缺陷對涂料防/除冰性能的降低,開發(fā)一種可自主自愈合的防冰涂料至關(guān)重要;谇捌诜辣苛系墓ぷ鳎Nat. Commun. 2020, 11, 2037; Small 2023, 19, 2206075),該團(tuán)隊研究挖掘了天然抗凍蛋白的關(guān)鍵抗凍模塊(冰結(jié)合位點IBS與非冰結(jié)合位點NIBS),通過抗凍模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)建了仿抗凍蛋白聚合物PDSB,并加入到自愈合材料基質(zhì)中,創(chuàng)制了具優(yōu)異防除冰性能的防冰涂層,該涂層可在零下20度自主愈合的防冰涂料。
圖3 仿抗凍蛋白聚合物設(shè)計及抗凍性能
圖4 仿生自愈合防冰涂料的防結(jié)冰/除冰機(jī)制及性能
通訊作者簡介
張雷,天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工系教授、系主任、博士生導(dǎo)師,國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者。主要研究方向包括生物化工與合成生物學(xué)、低溫保護(hù)、功能材料、防冰涂料等。已在Nature Biotechnology, Nature Communications, JACS, Angew, Chemical Reviews, AIChE Journal, CES, Research, Engineering等期刊發(fā)表論文100多篇。
楊靜,天津大學(xué)化工學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師。主持國家級重點項目、國家自然科學(xué)基金、天津市基金、教育部博士后基金等項目。主要研究方向為細(xì)胞保存、仿皮膚材料、合成生物學(xué)等。已在Nature Communications, Research, Advanced Functional Materials, Chemical Reviews, AIChE Journal等刊物發(fā)表第一作者/通訊作者SCI論文40余篇。
論文信息: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
全文鏈接:https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0140
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