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  石油化工管道和設備中的原油粘附、石蠟沉積和腐蝕問題，長期影響著石油工業的安全和高效生產，嚴重時會造成巨大的安全和經濟問題。對面極端工況下的油氣管道和裝備的抗原油粘附、抗結蠟和腐蝕防護的重大需求，涂層防護作為一種高效且經濟的防護技術受到了廣泛關注和研究。然而，現有涂層普遍存在抗原油粘附力差、易結蠟和耐腐蝕性不足等問題，限制了功能涂層及其應用進一步發展。同時具有拒油/拒水性質的功能一體化超雙疏涂層可作為一種理想的防護涂層，以更好地滿足上述需求。然而，現有的超雙疏涂層設計和制備及耐久性方面仍難以解決上述難題。此外，如何關聯和揭示超雙疏涂層的微觀結構、拒液性和抗油/防蠟性能之間的關系，也是期待解決的問題。

  針對上述問題，天津大學汪懷遠教授團隊基于仿生策略，采用噴涂技術制備了一種具有多功能的超雙疏涂層(OCA = 152.1±0.4°，OSA = 8.2±0.8°)。為模擬具有超雙疏特性的彈尾蟲角質層結構，作者在中空玻璃微球表面原位負載了二氧化硅納米顆粒，并加以低表面能化改性(F-HGM@SiO₂)，同時引入氟化納米二氧化硅(F-SiO₂)到聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂基質中，在獲得的PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層表面成功構建了獨特的微/納/納分級粗糙結構。精心設計的粗糙結構與低表面能基團相結合，形成了穩定的氣膜，使涂層具有出色的抗原油粘附性能。此外，基于自行設計的測試裝置，該涂層具有良好的防蠟沉積率(R = 82.76%)。在對涂層的形貌、潤濕性和防蠟性能進行分析的基礎上，闡明了涂層的拒液性和防蠟機理，揭示了兩者之間不可分割的關系。通過機械和化學損傷測試，證實涂層在外力損傷和腐蝕性介質環境下的優異耐久性。因此，基于仿生策略的超雙疏涂層有望為抗原油粘附和防蠟涂層的設計及制備帶來新的啟發，在含油及腐蝕性環境中具有廣闊的應用前景。

  近日，上述研究成果以“Endowing versatility and superamphiphobicity to composite coating via a bioinspired strategy”為題發表在《Chemical Engineering Journal》上，論文的第一作者為天津大學化工學院博士生彭建文，通訊作者為天津大學化工學院汪懷遠教授。

圖1：(a1, a2, b) PVDF/F-HGM，(c1, c2, d) PVDF/F-HGM/F-SiO₂，(e1, e2, f) PVDF/F-HGM@SiO₂和(g1, g2, h) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層的表面形貌及三維輪廓圖像。

 圖2：(a-c) PVDF/F-HGM、PVDF/F-HGM@SiO₂和PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層的表面形貌示意圖。(d-f) PVDF/F-HGM、PVDF/F-HGM@SiO₂和PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層頂部抗原油潤濕示意圖。

圖3：(a-d) 涂層抗石蠟粘附性能；(e)不同涂層樣品的防蠟沉積性能；(f) 自制冷指管示意圖；(g) 不同涂層樣品的蠟沉積測試后的照片；(h) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層蠟沉積前后的XPS總譜圖。

圖4：(a1, a2) 碳鋼表面和(b1, b2) PVDF/F-HGM@SiO₂/F-SiO₂涂層碳鋼表面的防蠟沉積機理示意圖

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140772