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  戶外基礎(chǔ)設(shè)施（如風(fēng)電葉片、飛機、輸電線路等）表面覆冰會造成重大的經(jīng)濟損失和安全隱患，防冰涂料作為一種主動防冰策略通過抑制結(jié)冰和促進脫冰的特性受到了廣泛關(guān)注。

  戶外應(yīng)用的防冰涂料難免會遭受風(fēng)沙沖蝕、異物撞擊等造成機械損傷，從而使涂料層受到破壞從而失去保護功能。但是防冰涂料的重新刷涂不但極大的增加了成本，且對涂裝人員的人生安全存在極大的風(fēng)險。因此，開發(fā)具有自主愈合能力、能夠?qū)崿F(xiàn)“涂后不管”的新型防冰涂料，具有著重要的實際應(yīng)用意義。

圖1 表面機械損傷對涂料防除冰性能的影響機制及仿生自愈合防冰涂料設(shè)計思路

圖2 缺陷誘導(dǎo)涂料表面冰成核、擴散傳遞以及冰粘附行為

  為了抵抗缺陷對涂料防/除冰性能的降低，開發(fā)一種可自主自愈合的防冰涂料至關(guān)重要。基于前期防冰涂料的工作（Nat. Commun. 2020, 11, 2037； Small 2023, 19, 2206075），該團隊研究挖掘了天然抗凍蛋白的關(guān)鍵抗凍模塊（冰結(jié)合位點IBS與非冰結(jié)合位點NIBS），通過抗凍模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)建了仿抗凍蛋白聚合物PDSB，并加入到自愈合材料基質(zhì)中，創(chuàng)制了具優(yōu)異防除冰性能的防冰涂層，該涂層可在零下20度自主愈合的防冰涂料。

圖3 仿抗凍蛋白聚合物設(shè)計及抗凍性能

圖4 仿生自愈合防冰涂料的防結(jié)冰/除冰機制及性能

通訊作者簡介

  張雷，天津大學(xué)化工學(xué)院生物化工系教授、系主任、博士生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者。主要研究方向包括生物化工與合成生物學(xué)、低溫保護、功能材料、防冰涂料等。已在Nature Biotechnology, Nature Communications, JACS, Angew, Chemical Reviews, AIChE Journal, CES, Research, Engineering等期刊發(fā)表論文100多篇。

  楊靜，天津大學(xué)化工學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師。主持國家級重點項目、國家自然科學(xué)基金、天津市基金、教育部博士后基金等項目。主要研究方向為細(xì)胞保存、仿皮膚材料、合成生物學(xué)等。已在Nature Communications, Research, Advanced Functional Materials, Chemical Reviews, AIChE Journal等刊物發(fā)表第一作者/通訊作者SCI論文40余篇。

  論文信息：Inhibition of Defect-Induced Ice Nucleation, Propagation, and Adhesion by Bioinspired Self-Healing Anti-Icing Coatings

  Shu Tian, Ruiqi Li, Xinmeng Liu, Jiancheng Wang, Junyu Yu, Sijia Xu, Yunqing Tian, Jing Yang* and Lei Zhang*

  Research 2023. DOI: 10.34133/research.0140

  全文鏈接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0140