基于水凝胶骨架的多功能复合型防冰涂层研究:ZnCl_(2)、甘油与PVDF的协同效应OA

目的构筑一种兼具抗冻性、弱冰黏附性与耐磨性的多功能复合型防冰涂层,并揭示ZnCl_(2)、甘油与PVDF协同调控水凝胶界面的行为机理。方法以AAm/DMAPS/AA构建水凝胶骨架,通过Zn^(2+)-羧基/羟基配位与多重氢键构筑动态网络,辅以甘油调控结合水结构以提升低温润滑性,并采用云滴法将NMP溶解的PVDF均匀嵌入凝胶中形成疏水微相。系统开展SEM、FTIR、拉曼、AFM、DSC等结构表征,并通过冻结延迟测试、冰黏附力测试、拉伸测试、自修复实验和耐磨循环评估材料的功能性能。结果所制备复合涂层在-20℃实现10~15 min的液滴冻结延迟,表现出显著抗结霜能力;在-20至-45℃区间保持极低的冰黏附力,且经历150次磨损循环后仍能保持稳定脱冰性能;涂层具有约450%的断裂伸长率和超过750 k Pa的拉伸强度,同时具备良好的自修复能力与结构耐久性。结论Zn^(2+)-氢键动态网络、甘油诱导的弱润滑层与PVDF疏水微相的协同作用共同促进不可冻结水的富集与准液体润滑层(QLL)的形成,使所得复合水凝胶兼具抗冻、防冰和耐磨特性。本文提出的多尺度协同构筑策略为开发高性能、耐久型防冰涂层提供了新的材料体系与设计思路,并具有广泛的低温工程应用潜力。