输电线路、风力涡轮机、飞机和其他关键基础设施上的积冰和霜冻会严重危及公共安全并阻碍经济增长。积冰不仅会显著增加结构载荷并降低运行效率，还可能导致灾难性事故。为了克服积冰带来的挑战，人们已探索了机械除冰、化学融冰和加热除冰等多种除冰和防冰方法。然而，这些传统方法通常能耗高、操作复杂，甚至会对设备造成二次损害，难以满足长期稳定运行的要求。近年来，超疏水涂层作为一种被动防冰策略越来越受到关注，它们能有效减少水滴附着并延缓冰层形成。其防冰机理源于分级粗糙度与低表面能成分之间的协同作用，使水滴能够保持在Cassie状态，并容易从表面滑落，从而延缓结冰。然而，在实际应用中，超疏水结构的耐久性有限。经过多次结冰-融化循环后，表面的微/纳米结构容易受损或渗水，导致表面润湿状态从Cassie态转变为Wenzel态，从而显著降低了疏水性和防冰性能。此外，在复杂环境条件下，仅依靠疏水性往往不足以实现高效的除冰。
目前，光热转换技术因其能耗低、可控性强、热响应迅速等优点，逐渐成为构建用于防/除冰应用的超疏水光热材料的研究热点。当暴露在光线下时，光热材料能够高效地收集太阳能并将其转化为热能，从而提高表面温度，促进冰的融化和去除，提高除冰性能，并降低冰与基材之间的附着力。常见的光热材料包括金属及其化合物、导电聚合物和碳基材料，它们主要依靠表面等离子体共振、非辐射弛豫和π电子振动等机制将能量高效转化为热能。在构建金属基光热超疏水表面方面，研究人员探索了多种灵活且高效的制备策略。此外，作为一种高效的微纳加工技术，激光烧蚀也为制造金属基光热表面提供了新的途径。聚吡咯（PPy）和聚苯胺（PANI）等导电聚合物通过π共轭结构将光能转化为热能，具有柔韧性和可加工性，但在低温和光照条件下易老化。
超疏水光热材料的耐久性和制造工艺在很大程度上限制了其在户外的长期应用。碳基材料因其优异的化学稳定性，被认为是光热应用中最有前景的候选材料之一。因此，开发既具有光热效应又具有优异耐久性的喷涂超疏水涂层，对于在复杂使用环境中实现高效防/除冰具有重要意义。
近期，郑州大学朱锦鹏团队采用喷涂法，成功制备了一种具有优异机械耐久性的光热超疏水涂层，用于防/除冰。
通过将氟化多壁碳纳米管（f-MWCNTs）混合到环氧树脂（EP）基质中，制得EP/f-MWCNTs 涂层。
所制得涂层的水接触角（WCA）为156°，滚动角（SA）为 3.5°，光吸收率高达 97.49%，表现出优异的超疏水性和高光吸收性能。与裸基材相比，该涂层在-10°C下结冰延迟时间延长了四倍以上。在室温下经1个太阳光强度照射，该涂层表面温度在300秒内升高了30℃；在-10℃下，相同的光照下6分钟内即可完全除冰，展现出优异的光热除冰性能。此外，该涂层在各种基材上都具有优异的附着力，即使经过水冲击、砂冲击和胶带剥离测试后仍保持超疏水性，表现出优异的机械耐久性。
本研究为电力传输、航空航天和风能系统中的防/除冰应用提供了一种简单、高效且实用的解决方案。
(a)用于输电线路除冰的光热超疏水涂层示意图；(b) f-MWCNT及EP/f-MWCNT超疏水涂层制备过程。
相关研究成果以“Epoxy resin/fluorinated multi-walled carbon nanotube composite photothermal superhydrophobic coatings for anti-icing applications”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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