Dual-Functional Waterborne Polyurethane Composite Coatings Reinforced with Cu@CB and Basalt for Energy-Efficient Anti-Icing and Deicing

材料科学 复合数 聚氨酯 涂层 复合材料 结冰 焦耳加热 接触角 导电体 微尺度化学 超疏水涂料 露水 电加热 焦耳(编程语言) 表面能 环氧树脂 填料(材料) 玄武岩 霜冻(温度) 圈地 氯化物
作者
Fengqiang Zhang,Genrong Li,Jin Huang,Ting Wang,Fan Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (49): 67172-67186 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c18875
摘要

Icing on engineering surfaces poses severe safety and energy challenges under extremely cold conditions. Here, we report a dual-functional waterborne polyurethane (2K-WPU) coating that combines active electrothermal deicing and passive superhydrophobic anti-icing within a single system. A Cu@carbon black (Cu@CB) network constructs a low-resistance pathway, enabling rapid Joule heating to 75.8 °C in 595 s at 0.0024 W cm –2, cutting the complete ice-melting time to 1/3 of the control. Simultaneously, basalt flakes modified with KH-550 and stearoyl chloride generate a hierarchical micro/nano structure with ultralow surface energy, achieving a water contact angle of 155°, significantly delaying droplet freezing, reducing frost accumulation by ≈40%, and thereby providing effective passive anti-icing protection. Dynamic impact tests reveal that the electrothermal-superhydrophobic synergy facilitates rapid meltwater shedding, suppressing secondary icing, and ensures reliable anti/deicing under harsh conditions. This scalable, eco-friendly composite provides not only a promising strategy for low-energy, high-reliability anti/deicing in wind turbines, aircraft, and outdoor infrastructures but also a materials design paradigm that integrates conductive hybrids with mineral-based superhydrophobic fillers.
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