自然界永远是材料创新取之不尽的灵感宝库。荷叶的超疏水自清洁效应、猪笼草的滑溜驱液特性早已被材料学界熟知，但长期以来，难以将两种优异功能集成至单一功能涂层。近期，加拿大西蒙弗雷泽大学研究团队在Advanced Science发表最新研究，开发出一种新型硅基仿生涂层。该设计融合荷叶分级粗糙微纳结构与猪笼草滑液浸润多孔表面（Slippery Liquid‑Infused Porous Surfaces，SLIPS）双重仿生策略，全程不使用环境有害的全氟和多氟烷基物质（PFAS），同步实现极致超疏水性与超低冰粘附性，可为高寒地区飞机、风力发电机、高压输电线等户外基础设施，提供绿色、节能的被动防冰新方案。

户外设备覆冰是高寒气候下普遍存在的安全难题，极易引发各类工程事故。该论文引言援引温哥华国际机场因极端结冰天气导致数百架航班取消的真实案例，直观印证了高效防冰技术的工程刚需。设备表面覆冰会增加飞行器自重与飞行载荷、破坏风机叶片气动结构、造成输电线路荷载过载甚至断线跳闸，严重威胁运维安全。传统单一仿生超疏水涂层依托表面微纳结构截留空气，可实现常温下水珠快速滚落，但在霜冻、冻雨低温工况下，表面粗糙孔隙会成为冰晶附着的“锚固位点”，让超疏水防护性能彻底失效。而传统SLIPS涂层依靠表面润滑液降低冰粘附力，却存在核心短板：表层润滑剂易被风雨冲刷、损耗流失，长期服役稳定性差，极大限制了工程规模化应用。

该研究以柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅橡胶为基体，构筑兼具微米、纳米多级结构的复合型SLIPS仿生涂层。研究团队通过丙酮刻蚀聚碳酸酯板材，制备出规整粗糙的晶态模板，再将掺杂定量硅油的PDMS前驱体浇筑复刻，精准复刻多级微纳形貌，最终获得双功能一体化防护涂层。实验证实，硅油掺杂比例是平衡疏水、抗冰双重性能的核心关键：硅油掺量过低，表面润滑性不足，冰粘附强度居高不下；硅油掺量过高，过量液膜会填充、覆盖截留空气的微纳结构，彻底丧失荷叶式超疏水特性。

经系统性能测试，30wt%硅油掺杂量为最优配比，该工况下涂层水接触角可达171.2±1.5°，表面水珠趋近完美球形；冰粘附强度（IAS）低至11.5±2.3 kPa。需特别说明：文中以冰粘附强度＜20 kPa界定的“supericephobic（超疏冰）”概念，为该研究团队自定义判定标准，尚未形成行业通用技术规范。同时，涂层润湿滞后仅1.7±1.4°，完美继承荷叶自清洁特性，滚动水珠可高效剥离表面沙尘、杂质，保障涂层长期使用的基础性能。

相较于传统防冰材料与技术，该新型涂层具备两大核心优势。其一为绿色环保，配方全程规避具有环境持久性、生物累积性危害的全氟和多氟烷基物质（PFAS），无二次污染，契合绿色材料发展趋势。其二为节能高效，属于典型被动防冰技术：无需依托电热除冰系统等外部能源供热融冰，仅通过界面微观结构设计，降低冰层与基材的界面粘附力，使冰层可在重力、风力等自然外力作用下自主脱落，大幅降低设备运维能耗与成本。

稳定性测试结果显示，涂层独特的分级微纳骨架结构可物理束缚表层硅油，静态倒置放置60天的重力析出测试中，润滑剂质量损失仅0.01%，静态锁液稳定性优异。研究同步开展射水冲刷、喷砂污染、砂纸摩擦、紫外老化、多次结冰-除冰循环等多维度实验室模拟工况测试，验证涂层综合耐受性，但测试结果明确：强机械磨损、长期紫外辐照仍会造成涂层性能小幅衰减，耐受极限存在明确边界。

客观而言，该研究目前仍处于实验室基础研究阶段，距离工业化落地与工程普及仍存在两大核心瓶颈。一方面，现有性能数据均基于实验室可控环境，缺乏户外复杂工况下长期高低温循环、雨雪冲蚀、风沙老化的耐久性验证，静态测试的稳定性能无法直接等同于真实服役性能。另一方面，规模化制备难度较大：实验室小试样可精准调控微纳形貌与硅油均匀分布，但大尺寸设备构件表面的一体化、均匀化制备工艺尚未成熟，性能放大效应难以保障。此外，该研究未针对性探究涂层的结冰延迟性能，可为后续相关课题提供重点研究方向。

该研究为仿生功能材料的研发提供了全新思路，打破了单一生物原型仿生设计的性能局限。相较于传统单一荷叶超疏水、单一猪笼草滑液涂层，双策略耦合仿生设计可实现性能互补、短板互消，有效兼顾超疏水自清洁、超低冰粘附稳定性与绿色无氟的多重优势。这种多自然功能耦合重构的研发理念，为严寒环境防结冰、防附着功能涂层的迭代升级，开辟了全新技术路径，具备重要的科研参考价值与工程应用潜力。

参考文献

[1] Ng C L W, Ham J, Kaur S, Schultz C W, Yu H Z. Combining the Pitcher and Lotus Plant: Supericephobic and Superhydrophobic Silicone Films[J]. Advanced Science, 2026.

DOI：10.1002/advs.202520538

https://doi.org/10.1002/advs.202520538

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202520538

#仿生材料 #防结冰 #SLIPS #超疏水 #PDMS #无PFAS涂层 #AdvancedScience

支持单位：