冰和雪的积累是一种自然现象，可能会对多个行业造成严重后果，包括航空[1]、[2]、电力传输[3]、[4]、风力发电[5]和农业生产[6]。例如，德克萨斯州的灾难性暴风雪对个人安全和经济稳定产生了重大影响[7]。因此，开发安全高效的除冰策略至关重要。传统的主动除冰方法，如机械刮除[8]、电热加热[9]和化学流体[10]被广泛使用，但常因能耗高、环境污染以及在偏远地区适用性有限而受到批评。
受莲叶的启发，超疏水涂层作为一种有前景的被动抗冰策略应运而生。这些表面利用微/纳米粗糙度来捕获空气囊泡，从而减少水滴与基底之间的接触面积，进而降低冰的附着力[11]、[12]、[13]、[14]。然而，在恶劣环境中（如高湿度或极低温度），仅依靠被动表面可能会因霜冻积聚或冰的机械互锁而失效。为了克服这一限制，将主动光热除冰功能集成到超疏水涂层中引起了广泛关注[15]、[16]。碳纳米管（CNTs）因其出色的光热转换效率而被广泛用于此领域。例如，最近的研究成功地将CNTs与各种聚合物结合，制备出在阳光或近红外（NIR）照射下产生热量的涂层[17]、[18]、[19]、[20]。
尽管取得了这些进展，仍存在两个关键挑战。首先，为了实现低表面能，大多数现有的光热超疏水涂层严重依赖氟化聚合物或氟硅烷[17]、[19]。这些氟化化合物价格昂贵，并且由于其持久性和毒性，对人类健康和环境构成潜在风险。其次，构建坚固的层次结构很困难；许多超疏水表面在磨损或擦伤后容易失去抗冰功能[12]、[21]。因此，开发一种同时具备无氟环保性、机械坚固性和高光热效率的涂层仍然是一个重大挑战。
为了解决这些问题，我们提出了一种简便的喷涂涂层方法，制备出一种坚固且无氟的光热超疏水涂层，以实现协同的被动和主动除冰效果。我们合成了一种专用的丙烯酸共聚物树脂（AR）作为坚固的粘合剂，并将其与多壁碳纳米管（CNTs）和疏水性二氧化硅（SiO₂）纳米颗粒结合。所得复合涂层具有稳定的微/纳米结构，能够有效阻挡水和冰的侵入。与传统含氟涂层不同，我们的设计使用了环保材料，同时保持了优异的防水性（WCA~165°）和耐磨性。在近红外照射下，该涂层表现出快速的光热响应，能够在室外环境中实现高效除冰。这项工作为航空和电力基础设施中的抗冰应用提供了一种可持续且耐用的解决方案。
