CN107787342A

CN107787342A - 耐久性疏冰表面

Info

Publication number: CN107787342A
Application number: CN201680037371.4A
Authority: CN
Inventors: 阿尼什·图特扎; 凯文·戈洛温
Original assignee: University of Michigan
Current assignee: University of Michigan
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2018-03-09
Also published as: RU2017140844A; MX2017013908A; US20180127616A1; US10465091B2; CA2987433A1; EP3289039A1; EP3289039A4; AU2016254019B2; KR20180020964A; AU2016254019A1; IL255315A0; WO2016176350A1

Abstract

耐久性疏冰材料在多种基底上形成防冰涂层，所述基底包括用于飞机、电力线、车辆、海洋建筑物、通信塔、户外设备等的基底。疏冰材料可包含具有低交联密度(例如，≤1,300mol/m³)和低初始冰粘附强度(例如，在暴露于结冰条件之前的τ_冰≤100kPa)的弹性体聚合物。此外，疏冰材料在10次结冰/除冰循环之后保持τ_冰为初始τ_冰的≥50％。引入任选的易混溶液体增强了弹性体聚合物中链的界面滑移。低τ_冰水平使冰积累最小化，并且通过正常操作期间的被动除去而消除了除去任何积冰的必要工作。其他疏冰材料包含PDMS‑硅烷涂层或其中分布有增塑剂的线性聚合物，两者均没有表面液体的任何层。还提供了制备这样的疏冰材料的方法。

Description

耐久性疏冰表面

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年4月27日提交的美国临时申请第62/153,141号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及在可能暴露于成冰条件的制品的表面上使用的耐久性的稳健疏冰(icephobic)材料。

背景技术

本部分提供了与本公开内容有关的背景信息，这不一定是现有技术。

冰可能不期望地形成或积聚在多种表面上。积冰严重地阻碍了许多技术。飞机机翼、船舶、商用和住宅用冰箱和冷冻机，以及各种户外设备包括风力涡轮机、电力线和电信塔在寒冷的环境中都可能遭受积冰。积冰和成冰可抑制功能至危及安全的程度。冰与大多数结构材料之间的强粘附使得除冰的成本在能量和经济两个方面都非常高。机械方法、机电方法、热方法和化学方法是目前的除冰工业标准。这些方法中的每一种都涉及输入足够的力以破坏任何积聚的冰，或者输入足够的能量以使冰融化。需要开发这样的表面，其中冰可以仅通过在正常操作期间经历的力而被被动地从表面上除去(即，在没有外部能量输入的情况下除去)。

尽管已经开发了在表面上提供较低冰粘附强度的一些常规涂层，但是这样的涂层无法足够稳健或耐久以经受住户外元件。此外，这样的常规涂层在仅几个结冰和除冰循环之后就发生冰粘附强度的显著增加，使得其对于长期用作疏冰防冰表面涂层是不切实际的。因此，在多个结冰和除冰循环期间基本上保持冰粘附强度水平的能够在各种表面上使用的耐久性的稳健疏冰性材料将是期望的。需要开发耐久性疏冰表面及其制造方法，其中使耐久性疏冰表面上的成冰最小化。此外，期望形成这样的耐久性疏冰表面：其中确实形成的任何积聚的冰可以仅仅通过在正常操作期间所经历的力而被被动地除去(例如，没有外部能量输入)。

发明内容

本部分提供了本公开内容的一般概括，而不是全面披露其全部范围或其所有特征。

本公开内容提供了耐久性疏冰材料。在某些变型中，耐久性疏冰材料包含限定暴露表面的弹性体聚合物。弹性体聚合物具有小于或等于约1,300mol/m³的相对低的交联密度。此外，弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

在另一些变型中，本公开内容提供了耐久性疏冰制品，其包括所述制品的暴露表面，所述暴露表面具有交联密度小于或等于约1,300mol/m³的弹性体聚合物。暴露表面上的弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa。在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，并且暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

在又一些变型中，耐久性疏冰材料包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物。弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物的暴露表面没有液体的任何层。在某些其他方面中，这样的耐久性疏冰材料还包含与基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物混溶并分布在基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物中以能够实现界面滑移(interfacial slippage)的液体。基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的液体的任何层。

在某些其他变型中，耐久性疏冰材料包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性体聚合物。弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。弹性体聚合物的暴露表面没有液体的任何层。

在另一些变型中，耐久性疏冰材料包含通过使聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷与基底反应而形成的表现出界面滑移的PDMS涂层。PDMS涂层的暴露表面是全疏性(omniphobic)的，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

在某些变型中，还提供了这样的耐久性疏冰材料，其限定包含线性聚合物和一种或更多种增塑剂的暴露表面。线性聚合物的暴露表面没有液体的任何层，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

在又一些变型中，本公开内容提供了制备耐久性疏冰制品的方法。这样的方法包括在基底上形成弹性体聚合物。在某些方面中，所述方法可以包括将弹性体聚合物的前体施加在基底上。然后，使所述前体固化和/或交联以形成交联密度小于或等于约1,300mol/m³的耐久性弹性体聚合物。弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa。在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

在又一些变型中，本公开内容还提供了制备耐久性疏冰制品的方法，其包括将聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷前体施加在基底上以及使PDMS-硅烷前体反应以形成包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的耐久性疏冰涂层，所述耐久性疏冰涂层具有界面滑移，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。耐久性疏冰涂层的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

根据本文提供的描述，另外的应用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体实例仅旨在举例说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施方案的举例说明目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开内容的范围。

图1示出了根据本公开内容的某些方面制造的多种疏冰表面的冰粘附强度(τ)相对后退水接触角(θ)的关系。

图2A至图2D示出了冰粘附的多种机理，包括润滑表面和界面滑移。图2A示出了存在或不存在界面滑移的低或高交联密度(ρ^CL)的基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的涂层的图。图2B示出了由PDMS、聚氨酯(PU)、氟化聚氨酯(FPU)和全氟聚醚(PFPE)弹性体产生的没有界面滑移的涂层的ρ^CL与冰粘附强度(τ_冰)之间的关系的图。误差线是一个标准偏差，并且使用York提出的方法找到最佳拟合。斜率为0.51±0.04。图2C示出了具有界面滑移的涂层的τ_冰随ρ^CL变化的图。斜率为1.01±0.03。图2D示出了在5％误差内，具有和没有界面滑移但具有相同ρ^CL的涂层所测量的冰减少潜力(I^*)的图。误差线是一个标准偏差并且R²＝0.89。

图3A至图3D示出了冰粘附的不同机理(即，润滑与界面滑移)的比较。图3A示出了冰粘附强度与10次结冰/除冰循环的关系，其中与经润滑表面相比，根据本公开内容的某些方面的基于界面滑移的表面的疏冰特性显示为得以保持。指定为润滑剂表面的表面具有擦涂到所述表面上的旋涂润滑剂/油，而根据本公开内容的某些方面不存在独立的油的润滑剂表面涂层。经润滑表面具有在表面上形成有过量润滑剂/油的连续层的涂层。指定为具有界面滑移的表面具有分散在聚合物基体中的润滑剂/油，但是在表面上没有独立的润滑剂层。图3B示出了三种样品(包括两种经润滑涂层和一种具有界面滑移的涂层)的冰粘附强度与粘度的关系，表明经润滑表面强烈地依赖于粘度，而具有界面滑移的表面明显与粘度无关。图3C示出了不存在润滑层的根据本公开内容的某些方面制备的具有15重量％红花油的PU涂层的AFM相位图和光学显微照片。图3D示出了具有10％有机硅油的PU涂层的AFM相位图和光学显微照片。润滑层清楚可见。

图4A至图4C示出了根据本公开内容的某些方面制备的疏冰弹性体聚氨酯(PU)在2013年至2014年冬季的户外测试期间的耐久性。图4A示出了一半未涂覆且一半经疏冰PU涂层涂覆的牌照板样品的4个月户外测试。图4B示出了在不同处理之后显示出冰粘附强度的PU涂层的耐久性测试的图。插图示出了在2013年冬季的户外测试期间的一半经涂覆的牌照板，其中冰仅积聚在未涂覆侧上。图4C示出了所示的聚氨酯涂层即使在5000次磨损循环之后也保持为疏冰的，并且可以禁得住极端机械变形(插图)。这也是亲水但疏冰的表面的第一实例之一。

图5A至图5C示出了液体表面层的退化。图5A示出了常规的基于光滑的液体注入多孔表面(SLIPS)的疏冰涂层在多次结冰/除冰循环中的评估。图5B示出了根据本公开内容的某些方面制备的疏冰涂层的力与时间曲线，所述疏冰涂层包含SYLGARD^TM184PDMS弹性体和交联剂(比例为1:1)以及100cP有机硅油，初始冰粘附强度为0.15kPa(指定为涂层Q)。'x'符号标定了冰何时首先从涂层上脱离(un-adhere)。图5C示出了由聚氨酯(PU)弹性体形成的本发明疏冰涂层的油含量对通过ρ^CL归一化之后的冰粘附强度(τ_冰)的影响。红花油的混溶性极限为约16重量％，在此发生界面滑移向经润滑体系的转变。

图6A至图6B示出了根据本公开内容的某些方面制备的疏冰聚氨酯弹性体橡胶(具有15重量％红花油的VYTAFLEX^TM 40)的拉伸测试数据。图6A示出了该疏冰涂层的应力-应变结果的图。图6B示出了使用Mooney-Rivlin轴重新绘制图6A的数据的图，以辨别ρ^CL(无限伸长时的y轴截距)。

图7A至图7C示出了根据本公开内容的某些原理制备的涂层的界面滑移机理的另外的数据。图7A示出了送至美国陆军寒冷地区研究和工程实验室(United States Army’sCold Regions Research and Engineering Laboratory，CRREL)的四种样品在模式I型(剥离测试)粘附测试中独立地评估的冰粘附强度的图比较。CRREL数据点(模式I)是一次测试的两个不同样品的平均值，而内部数据点(模式II)是至少10次后续测量的平均值。图7B示出了根据本公开内容的某些方面制备的填充有15重量％植物油、鱼肝油或红花油的聚氨酯弹性体的低温研究图。冰粘附增加指示界面滑移的损失，这由脂肪酸链的冻结引起。多不饱和脂肪酸含量在植物油至鱼肝油至红花油中依次增加。图7C示出了没有油的PU涂层的AFM相位图。

图8示出了超疏水且疏冰的表面的冰粘附强度(τ_冰)与连续结冰/除冰测试次数的关系图。左下插图是示出具有方形阵列孔的硅模具的SEM图像(参见左下插图)，该硅模具允许制造疏冰的(τ_冰＝26±3kPa)基于PDMS的微柱状物(比例尺为75μm)。右下插图示出了具有其上放置有水滴的超疏水且疏冰的涂覆表面的照片，表现出超疏水性，其中前进水接触角/后退水接触角为165°/161°且低滚落(roll-off)角为3°。在这样的表面上进行20次连续的结冰/除冰循环，冰粘附强度(τ_冰)测量为26±3kPa。

图9A至图9G示出了经涂覆网基底的疏冰性。图9A示出了所评估的网特性的参数空间。图9B示出了浸涂液浓度对％开放面积的影响。图9C是经PDMS涂覆的网500的SEM显微照片。图9D示出了在冰测试装置周围(包括悬挂网下面)都有霜。图9E示出了D＝140μm(其中D是直径)的网的冰粘附强度(τ_冰)与％开放面积的关系。图9F示出了开放面积为30％的网的τ_冰与D²的关系。图9G示出了经涂覆网的τ_冰与预测因子D²r非常相关，其中r是Wenzel粗糙度并且D是线直径。冰与基底之间的低界面面积可以显著降低τ_冰。线直径为140μm且开放面积为59％的经PDMS-涂覆的(ρ^CL＝219±13mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)网显示出而插图示出了悬挂金属网的冰粘附强度测试的实验装置。

图10A至图10D示出了力(牛顿)与时间(秒)的分析的图。更具体地，这些图示出了不同的疏冰涂覆表面的力与时间曲线。指定为润滑剂表面的表面具有擦涂到表面上的旋涂油，而根据本公开内容的某些方面的表面上没有独立的润滑剂层。经润滑表面具有在其上形成有作为层的过量油的涂层。同时制备并测试润滑剂和经润滑的聚二甲基硅氧烷涂覆表面(ρ^CL＝52±1mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)和聚氨酯涂覆表面(ρ^CL＝33±1mol/m³，15重量％红花油)，其各自也示于图3A中。每条曲线旁边的数字是它们发生的顺序。

图11A至图11B示出了弹性体溶解度参数确定。图11A示出了PU的平衡溶胀比根据探针溶剂的溶解度参数δ_溶剂而变化的图。数据拟合成高斯分布。图11B示出了FPU的平衡溶胀比根据δ_溶剂而变化的图。数据拟合为双模高斯分布，分别将氟化组分和氨基甲酸酯组分的溶胀考虑在内。19MPa^1/2附近的峰是特征性的或氨基甲酸酯键。

图12示出了根据本公开内容的某些方面的疏冰的基于氨基甲酸酯的VYTAFLEX40^TM弹性体材料的冰粘附强度(τ_冰)根据所添加的中链甘油三酯(MCT)液体百分比的变化。

图13示出了根据本公开内容的某些方面的在固化期间的疏冰的基于氨基甲酸酯的VYTAFLEX 40^TM弹性体材料的冰粘附强度(τ_冰)根据弹性体内的桉树油百分比的变化。

图14A至图14B示出了根据本公开内容的某些变型的疏冰的基于氨基甲酸酯的弹性体材料的冰粘附强度(τ_冰)。图14A示出了疏冰的基于氨基甲酸酯的CLEARFLEX 50^TM弹性体材料的冰粘附强度与涂层内己二酸二异癸酯(DIDA)增塑剂的重量百分比的关系。图14B示出了填充有不同量DIDA的CLEARFLEX 50^TM和VYTAFLEX 20^TM氨基甲酸酯弹性体的1:1混合物的冰粘附强度。

图15示出了根据根据本公开内容的某些方面制备的三种不同的弹性体(CF50-基于氨基甲酸酯的CLEARFLEX 50^TM弹性体材料、VF40-疏冰的基于氨基甲酸酯的疏冰VYTAFLEX40^TM弹性体材料、和PDMS-聚二甲基硅氧烷)在填充有七种不同油(SO-有机硅油、HD-十六烷、DIDA-己二酸二异癸酯、PB-6-液态聚丁烯润滑剂、MCT-中链甘油三酯和HL-高亚油酸)时的交联密度减小。

图16示出了嵌入有6种不同油的疏冰的基于氨基甲酸酯的VYTAFLEX 40^TM材料的暴露表面上的油的分数与涂层中油的量的关系。所述油包括根据本公开内容的某些方面准备的中链甘油三酯(MCT)、高亚油酸红花油(HL Safflower)、高油酸红花油(HO Safflower)、邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP)、己二酸二异癸酯(DIDA)和荷荷芭油(jojoba oil)。

图17示出了根据本公开内容的某些方面的填充有中链甘油三酯(MCT)的疏冰的基于氨基甲酸酯的VYTAFLEX 40^TM弹性体材料的预测测量的、预测拟合的和实际的冰粘附强度(τ_冰)。

图18示出了根据本公开内容的某些方面的填充有有机硅油的疏冰的PDMS弹性体的预测测量的、预测拟合的和实际的冰粘附强度。

图19示出了根据本公开内容的某些方面的填充有己二酸二异癸酯(DIDA)的聚苯乙烯线性聚合物的预测的和实际的冰粘附强度(τ_冰)。

图20示出了根据本公开内容的某些方面的经不同浓度的三种不同增塑剂(己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)和邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP))增塑的线性聚(氯乙烯)(PVC)聚合物的冰粘附强度。

图21示出了经不同浓度的己二酸二异癸酯(DIDA)增塑的两种不同分子量(M_W＝120,000或245,000)的聚(氯乙烯)(PVC)聚合物的冰粘附强度(τ_冰)。

图22示出了通过两种不同的方法使经己二酸二异癸酯(DIDA)增塑的聚(氯乙烯)(PVC)固化对其冰粘附强度(τ_冰)的影响，示出了结晶PVC材料和无定形PVC材料两种材料。

图23示出了用己二酸二异癸酯(DIDA)或中链甘油三酯(MCT)对聚苯乙烯(PS)进行增塑对冰粘附强度的影响，其中较大量的增塑剂导致较低的冰粘附强度。

图24示出了根据己二酸二异癸酯(DIDA)浓度的聚苯乙烯(PS)和聚(氯乙烯)(PVC)的冰粘附强度减小。

图25示出了用于形成根据本公开内容的某些方面的表现出界面滑移的聚二甲基硅氧烷(PDMS)疏冰涂层的聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷结构，其中PDMS-硅烷具有两个末端氯官能团。

图26示出了涂覆有根据本公开内容的某些方面的由PDMS-硅烷(1,3-二氯四甲基二硅氧烷(n＝0))形成的聚二甲基硅氧烷(PDMS)疏冰涂层的硅片的水接触角与沉积循环次数的关系。

图27示出了经比较氟-硅烷(不会造成界面滑移)或根据本公开内容的某些方面的PDMS-硅烷(造成界面滑移)硅烷化的两种硅片的冰粘附的力与时间曲线。

图28示出了四种不同固体材料的粘附强度与形成根据本公开内容的某些方面的聚二甲基硅氧烷(PDMS)疏冰涂层的PDMS-硅烷前体的分子量的关系。所述固体包括石蜡、熟石膏、冰和超强力胶(环氧胶)。

图29示出了四种不同固体材料的相对于未处理硅片的粘附强度与形成根据本公开内容的某些方面的聚二甲基硅氧烷(PDMS)疏冰涂层的PDMS-硅烷前体的分子量的关系。所述固体包括石蜡、熟石膏、冰和超强力胶(环氧胶)。

图30示出了根据本公开内容的某些方面制备的经PDMS硅烷化的硅片上的前进接触角和后退接触角与探针液体的表面张力的关系。

图31示出了对于根据本公开内容的某些方面的经两种不同链长(分子量M_N＝540或3000)的PDMS-硅烷硅烷化的硅片，七种氟化溶剂的接触角滞后Δθ(前进接触角与后退接触角之差)。

图32示出了经1,3-二氯四甲基二硅氧烷(n＝0的PDMS-硅烷)处理的微石林(micro-hoodoo)是超全疏性的。十六烷(左上-HD)和全氟萘烷(右上-PFD)均表现出高的接触角和倾斜时的表面滚动。KRYTOX 105^TM(全氟聚醚润滑剂)也被这种表面排斥(底部)。

在整个附图的若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

提供了示例性实施方案以使得本公开内容将是全面的，并且将向本领域技术人员充分地传达范围。阐述了许多具体细节，例如，具体组合物、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开内容的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员明显的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式实施，并且两者均不应被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例性实施方案中，不详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。

本文所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而不旨在限制。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也可旨在包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包括性的，因此指明所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、元件、组合物、步骤、整体、操作、组件和/或其群组的存在或添加。

本文所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而不旨在限制。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则没有明确数量词修饰的形式也可旨在包括复数形式。术语“包含”、“含有”、“包括”和“具有”是包括性的，因此指明所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。虽然开放式术语“包括”应理解为用于描述和要求保护在此阐述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可以替代地被理解为更具限制和限制性的术语，例如“由......组成”或“基本上由...组成”。因此，对于描述组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤的任何给定的实施方案，本公开内容还具体地包括由这样描述的组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤组成或者基本上由其组成的实施方案。在“由......组成”的情况下，替代实施方案排除了任何另外的组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤，而在“基本上由...组成”的情况下，实质上影响基本和新颖特性的任何另外的组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤从这样的实施方案中排除，但是在实施方案中可以包括不实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整体、操作和/或方法步骤。

除非特别指明按顺序进行，否则本文所述的任何方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求其以所讨论或说明的特定顺序来进行。还应理解，除非另外说明，否则可采用另外或替代的步骤。

当组件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“耦接至”另一元件或层时，其可以直接在另一组件、元件或层上，直接接合至、直接连接至或直接耦接至另一组件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”，“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任意和全部组合。

虽然术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述多个步骤、元件、组件、区域、层和/或部分，但是除非另外指出，否则这些步骤、元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或部分与另一步骤、元件、组件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则当在本文中使用术语如“第一”、“第二”和其他数字术语时，不意味着序列或顺序。因此，在不脱离示例性实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二步骤、元件、组件、区域、层或部分。

在本文中可以使用诸如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“之下”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等的空间或时间相对术语，以便于说明书描述如图所示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以旨在包括除了图中描绘的方位之外的使用或操作中的装置或系统的不同方位。

在整个公开内容中，数值表示近似测量值或限于包含给定值的微小偏差的范围，以及大约具有所述值和精确具有所述值的实施方案。除了在提供于详细描述的结尾处的工作实施例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的参数(例如，数量或条件)的所有数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。“约”表示所陈述的数值允许一些轻微的不精确(一定程度上接近于数值中的精确度；近似地或合理地接近数值；几乎)。如果通过“约”提供的不精确在本领域中不作此通常意义的另外理解，则本文使用的“约”至少表示可以由测量和使用这些参数的普通方法产生的变化。

另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括为范围给出的端点和子范围。

除非另外指出，否则百分比和比例按质量/重量计。

除非另外指出，否则本公开内容中引用或讨论的所有参考文献的公开内容和相关内容通过引用并入本文。

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方案。

冰与许多材料之间的粘附已经进行了广泛研究。已经开发了某些常规的表面涂层以表现出“疏冰”特性，包括延迟水滴冻结时间、防止或最小化结霜、和/或降低冰粘附强度(τ_冰)。疏冰表面通常被定义为冰粘附强度(τ_冰)小于或等于约100kPa的表面。相比之下，像铝或钢这样的结构材料具有极高的τ_冰，分别为约1,600kPa和1,400kPa。此外，期望能够在不输入大量外部能量(无论是机械的、化学的还是热的)来除去冰的情况下从表面中被动地除去冰。对于诸如飞机机翼的应用，冰的被动除去通常需要低得多的τ_冰值(τ_冰≤80kPa)。对于经历甚至更低的剪切应力的其他应用，如电力线或船体，通常需要小于或等于约20kPa的冰粘附强度值(τ_冰)以实现被动除冰。然而，具有如此低的冰粘附强度的涂层或其他材料是罕见的。此外，没有机械耐久性涂层能够在长时间使用中保持如此低的冰粘附强度。

先前，认为增加表面的疏水性导致了冰粘附强度的实际下限。冰粘附强度由τ_冰＝Nγ(1+cosθ_后)提供，其中B是实验常数，γ是水的表面张力并且θ_后是后退水接触角。对于无纹理的表面，其给出了约150kPa的τ_冰的理论下限(因为最大为约120°)。超疏水表面表现出大于或等于约120°的并且其疏冰特性已经是积极研究的焦点。通过在其多孔结构中捕获空气袋，超疏水表面能够容易地流出水滴。

然而，常规的超疏水表面出乎意料地具有关于表现出疏冰性的显著缺点。在低温下，在潮湿气氛中，在超疏水表面的孔内可能容易发生结霜。一旦这种水冻结，冰与超疏水表面之间的大接触面积就会导致极高的冰粘附强度，甚至在某些情况下高于扁平铝(flataluminum)。因此，在低温下在超疏水表面的孔内可能容易发生冷凝和结霜，从而导致极高的τ_冰值。因此，通常，超疏水表面只可以延迟成冰，而不能防止。例如，认为超疏水表面延迟结冰的最长时间在户外条件下仅为约2小时，在更有利的实验室环境中仅为约25小时。

已经尝试通过用全氟化油填充孔来避免超疏水材料的孔内的结霜。关于这种表面已经报道了迄今为止公布的最低τ_冰值(τ_冰＝16kPa)。然而，这种表面的疏冰性是短暂的，因为孔中的油可能容易被水滴、霜或者简单地剪切掉积冰的动作替代掉或除去(具有这种表面的样品的冰粘附强度性能示于图5A中)。因此，这种低的τ_冰值是罕见的。此外，没有已知的能够在延长使用和反复的结冰/除冰循环中保持低的冰粘附强度(例如，τ_冰<20kPa)的稳健的耐久性疏冰表面涂层。

根据本公开内容的某些方面，提供了具有持续低的冰粘附强度的耐久性的稳健疏冰材料。在某些方面中，耐久性疏冰材料是制品上的表面涂层。示例性且非限制性的制品包括具有可能暴露于冰和雪条件的表面的部件或组件，包括飞机，车辆，船舶和船用设备，户外设备、结构和建筑物，除雪或除冰设备，户外娱乐设备，运动设备，风力涡轮机，电信设备，电力线，及其组合和等同物。这样的疏冰材料可以在这些表面上提供长期的耐久性疏冰特性，包括随着时间保持低的冰粘附强度。

当本公开内容的疏冰材料是制品上的涂层的形式时，可以将其施加至多种不同的表面或基底。本公开内容的涂层材料通常与各种各样的基底材料兼容。因此，在某些示例性实施方案中，基底可以是多孔的或无孔的，并且可以由塑料或聚合物材料、金属材料、无机材料、有机材料(例如，源自植物或动物的材料)及其组合形成。在某些方面中，基底由选自以下的一种或更多种材料构造：金属，例如金属片、铸造金属、锻造金属等；包含树脂和增强材料的复合材料；塑料或聚合物材料；网状物(screen)；网；纸；纤维材料和布；泡沫；其等同物和组合。基底还可以包括多种三维结构，例如柱、块、立柱、肋等。

在某些变型中，当本公开内容的疏冰材料是表面或基底上的聚合物或弹性体涂层的形式时，涂层的厚度可以大于或等于约0.5μm，任选地大于或等于约1μm，任选地大于或等于约5μm，任选地大于或等于约10μm，任选地大于或等于约25μm，任选地大于或等于约50μm，任选地大于或等于约75μm，任选地大于或等于约100μm，任选地大于或等于约200μm，任选地大于或等于约300μm，任选地大于或等于约400μm，任选地大于或等于约500μm，任选地大于或等于约600μm，任选地大于或等于约700μm，任选地大于或等于约800μm，任选地大于或等于约900μm，任选地大于或等于约1,000μm(1mm)，任选地大于或等于约2,000μm(2mm)，任选地大于或等于约3,000μm(3mm)，任选地大于或等于约4,000μm(4mm)，并且在某些变型中，任选地大于或等于约5,000μm(5mm)。在某些方面中，本公开内容的疏冰涂层材料的厚度可以任选地为大于或等于约1μm至小于或等于约5mm。在某些其他变型中，本公开内容的疏冰涂层材料的厚度可以任选地为大于或等于约100μm至小于或等于约1,000μm。

根据本教导的某些变型，耐久性疏冰材料包含具有相对低的交联密度的交联弹性体聚合物。某些弹性体聚合物涂层的交联密度(ρ^CL)降低实现了超低的冰粘附强度。在某些方面中，如下面将进一步描述的，用于本公开内容的耐久性疏冰材料的交联弹性体聚合物的交联密度可以小于或等于约1,300mol/m³，任选地小于或等于约1,000mol/m³。应注意，交联密度可以根据所使用的具体聚合物体系而变化。在某些变型中，弹性体材料的交联密度可以为大于或等于约0.5mol/m³至小于或等于约200mol/m³，任选地大于或等于约5mol/m³至小于或等于约200mol/m³，任选地大于或等于约20mol/m³至小于或等于约200mol/m³，并且在某些方面中，任选地大于或等于约20mol/m³至小于或等于约50mol/m³。

具有弹性体聚合物的根据本公开内容的某些变型的耐久性疏冰材料可以表现出在暴露于任何结冰条件之前的初始冰粘附强度(τ_冰)小于或等于约100kPa。在某些变型中，本公开内容的耐久性疏冰材料表现出的合适的冰粘附强度(τ_冰)任选地小于或等于约80kPa，任选地小于或等于约70kPa，任选地小于或等于约60kPa，任选地小于或等于约50kPa，任选地小于或等于约40kPa，任选地小于或等于约30kPa，任选地小于或等于约20kPa，任选地小于或等于约15kPa，任选地小于或等于约10kPa，任选地小于或等于约9kPa，任选地小于或等于约8kPa，任选地小于或等于约7kPa，任选地小于或等于约6kPa，任选地小于或等于约5kPa，任选地小于或等于约4kPa，任选地小于或等于约3kPa，任选地小于或等于约2kPa，并且在某些变型中，任选地小于或等于约1kPa。在某些方面中，本公开内容提供了冰粘附强度(τ_冰)低至0.15kPa的一系列不同的弹性体疏冰涂层。能够实现被动除冰的表面通常需要非常低的冰粘附强度值，这是本公开内容的耐久性疏冰材料提供的优点。例如，不同应用中冰的被动除去在不同的冰粘附强度下发生，例如，作为非限制性实例，对于飞机机翼，τ_冰<80kPa，或者对于电力线，τ_冰<20kPa。本公开内容的某些变型的耐久性疏冰表面的冰粘附强度低于这些水平并因此有助于冰从这些表面中的被动除去。

此外，本公开内容的表面提供了这样的耐久或稳健的疏冰特性：其导致在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。例如，根据本公开内容制备的某些耐久性疏冰涂层具有可以在多次结冰/除冰循环中，在苛刻的机械磨损之后，甚至在冬季的户外冻结条件(密歇根州)下暴露几个月期间得以保持的冰粘附强度水平(例如，τ_冰<10kPa)。因此，在10次结冰和除冰循环之后，初始冰粘附强度(τ_冰-初始)小于或等于约10kPa的耐久性疏冰涂层在10次结冰/除冰循环(τ_冰-循环)之后的后续冰粘附强度保持小于或等于约15kPa。

在一个变型中，本公开内容提供了包含限定暴露表面的弹性体聚合物的耐久性疏冰材料，例如涂层，所述暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％(小于或等于约150kPa)。在另一些变型中，疏冰材料的耐久或稳健的疏冰特性导致在20次结冰和除冰循环条件之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，任选地在30次结冰和除冰条件循环之后，任选地在40次循环之后，任选地在50次循环之后，任选地在60次循环之后，任选地在70次循环之后，任选地在80次循环之后，任选地在90次循环之后，任选地在100次循环之后，任选地在150次循环之后，任选地在200次循环之后，并且在某些变型中，任选地在300次循环之后，后续冰粘附强度多于初始冰粘附强度小于或等于约50％。在某些方面中，在10次结冰和除冰条件循环之后，疏冰表面的后续冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约60％，比初始冰粘附强度高出小于或等于约65％，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约70％，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约75％，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约80％，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约85％，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约90％，并且在某些变型中，任选地比初始冰粘附强度高出小于或等于约95％。对于上面列出的任意附加的结冰/除冰循环条件，疏冰表面可以保持如此水平的冰粘附强度(从初始冰粘附强度到后续冰粘附强度)。

在某些方面中，耐久性疏冰材料可以由能够形成相对低的交联密度的多种弹性体形成。在某些变型中，耐久性疏冰材料具有包含选自以下的一种或更多种聚合物的弹性体聚合物：聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、含氟弹性体、全氟聚醚(PFPE)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氟化聚氨酯(FPU)、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、豆油丙烯酸酯、聚苯乙烯、天然橡胶、硫化橡胶、合成橡胶、丁基橡胶、乳胶、聚氯丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、由乙烯丙烯二烯单体(EPDM)制成的弹性体、表氯醇、以及有机凝胶、水凝胶、共聚物、及其组合。在某些变型中，耐久性疏冰材料包含基于氨基甲酸酯的弹性体涂层。因此，在某些变型中，包含聚氨酯和氟聚氨酯的弹性体材料特别适合用作疏冰材料。

在某些方面中，耐久性疏冰材料还包含与弹性体聚合物混溶并分布在弹性体聚合物中的液体。这种液体的存在是任选的，但是有助于促进弹性体聚合物网络内的链的界面滑移。这种液体可以是油，其可以任选地包含非交联的聚合物链(例如，低聚物)。所述液体可以是油(天然的或合成的)、与弹性体聚合物反应的反应性单体、非反应性单体、或低分子量聚合物。在某些变型中，选择与弹性体聚合物混溶的液体，其可以具有分子量在预选范围内的聚合物链。因此，存在于低密度弹性体网络中的这种易混溶聚合物链能够界面滑移。因此，易混溶液体能够分布到低交联密度弹性体材料的厚度中并遍及其中，优选地避免了形成任何独立的表面层。评估混溶性的其他方法可以包括经验性观察(目测或通过显微镜，例如图3C至图3D中的AFM图像)，或者通过冰粘附强度在多个结冰除冰循环中的增加，如下面更详细描述的。在某些优选的方面，所述液体的熔点小于或等于约32℉(0℃)，任选地小于或等于约10℉(-12℃)，任选地小于或等于约-25℉(-31℃)，如下面更详细描述的。在另一些变型中，这种液体的粘度为在40℃下大于或等于约5cP至大于或等于约10,000cP。

在某些变型中，所述液体可为聚二甲基硅氧烷(PDMS)油；聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油；聚甲基氢硅氧烷(PMHS)；聚烯烃油，例如聚异丁烯；全氟醚油；可商购自DuPont的KRYTOX^TM润滑剂油；天然油，例如豆油、植物油、鱼肝油、红花油、桉树油、鱼油(例如鲑鱼、鲔鱼、磷虾、鱿鱼)、菜籽油；氟化有机硅油；全氟萘烷；FLUORINERT^TM氟碳油；FOMBLIN^TM惰性PFPE；与凝固点抑制剂混合如VISCOPLEX^TM的天然油；己二酸二异癸酯；与更高凝固点的油如烷烃、蓖麻油、矿物油组合的其他倾点抑制剂；官能化有机硅油，例如羟基、异氰酸酯、二醇或其他反应性有机硅油；官能化全氟聚醚，例如SARTOMER CN4002^TM油；及其组合。如果功能不是用于固化而是用于改变弹性体与油之间的混溶性，则官能化油可以像非官能化油一样起作用。在另一些方面中，例如，所述液体可以为增塑剂，例如己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)、邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP)、及其组合。

当存在时，聚合物中的液体(例如，油)的量可以为包含所述聚合物的整个疏冰材料的大于0重量％至小于或等于约50重量％。液体的添加量取决于液体与聚合物的混溶性，并且可以为1重量％，任选地5重量％，任选地10重量％，任选地20重量％，并且在某些变型中，任选地约50重量％。然而，如下面更详细描述的，在某些变型中，疏冰材料的弹性体聚合物的表面完全暴露于外部条件并因此在其上没有任何自由混溶液体的任何膜或层(例如，避免了在弹性体聚合物上形成连续的膜或液相)。因此，所添加的油的量小于在聚合物的暴露表面上产生油的连续表面层的量。

常规地，某些材料体系依赖于作为设置在并存在于无孔或多孔材料或聚合物的表面上的连续润滑膜的液体的表面层。因此，有意地在表面上形成厚的或连续的润滑层。然而，在暴露表面上的这种液体作为单独层或连续膜的存在不希望地改变弹性体聚合物的暴露表面的物理特性，并且在本教导的某些方面中得以避免。

依赖于厚的或连续的润滑表面层以实现疏冰特性的常规表面，在暴露于反复的结冰条件期间，尤其是当在具有苛刻的、极端的或可变的结冰条件的非实验室环境中使用时，无法保持这些疏冰特性。换言之，这种连续润滑表面层的稳健性和机械耐久性不足以用于实际的工业和商业用途，并且发生疏冰能力的快速衰退。根据本公开内容，如果易混溶液体包含在耐久性弹性体聚合物中，则其优选地分布在弹性体聚合物的整个主体中以促进链的界面滑移。虽然由于通过弹性体聚合物分布而沿着暴露表面可能存在一些易混溶液体的离散区或区域，但是在某些优选的变型中，易混溶液体不在表面上形成作为润滑层的连续膜。以另一种方式说明，在某些方面中，弹性体聚合物的表面没有易混溶液体层(例如，在弹性体聚合物表面上的连续层或膜)。在对于某些应用可能不太期望且不太耐久的替代变型中，如果根据本教导的某些方面的弹性体基体具有足够低的交联密度，则疏冰涂层可具有形成经润滑涂层的易混溶液体的表面层。

通过调整不同弹性体涂层的交联密度，并且通过实现如本公开内容的原理的某些方面所提供的弹性体链内的链的界面滑移，可以系统地设计具有极低的冰粘附强度(τ_冰<0.2kPa)的涂层，即使对于亲水材料也是如此。此外，可以制造这样的极其耐久的涂层：其即使在严重的机械磨损、酸/碱暴露、100次结冰/除冰循环、热循环、加速腐蚀以及暴露于密歇根冬季条件几个月之后也保持τ_冰<15kPa。

作为另外的背景，从软膜如弹性体涂层剪切硬块(例如冰)所需的力可以由τ＝A(W_aG/t)^1/2给出，其中A是实验常数，W_a是粘附功，G是软膜或涂层的剪切模量，并且t是软膜或涂层的厚度。这是一种表示通过剪切使两个表面部分裂开所需的力的宏观关系，已经显示出其通过界面空化(interfacial cavitation)而发生。然而，在显微镜下，弹性体膜的表面处的分子链的拉动可以主导粘附。

根据Chernyak和Leonov模型，在这种情况下的剪切应力以τ＝Gfa/kT给出，其中f是分离单个聚合物链所需的力，a是链的大小，k是波尔兹曼常数并且T是温度。如果聚合物链的移动性足以在表面上相互滑过，则这被理解为界面滑移。在具有界面滑移的表面上，已经表明，还已知剪切应力(τ＝2GQ/3ηαu)与G成比例地变化(τ∝G)。Q是每单位面积裂纹(在模式II剪切破坏中发生分离)所耗散的能量，η是流体的粘度，υ是界面处的宏观速度与滑移速度之差，α是常数。因此，根据本教导的某些方面，G和界面滑移的影响在疏冰表面的设计中是特别重要的。

通过调整不同弹性体涂层的交联密度ρ^CL并由此调整其模量(假设为各向同性的G＝RTρ^CL，其中R是通用气体常数，T是温度)，并且通过另外地嵌入易混溶的聚合物链以能够实现界面滑移，可以系统地设计具有极低冰粘附(例如，τ_冰<0.2 kPa)的疏冰材料/涂层。图1和表1示出了根据本公开内容的原理制备的超过100种代表性疏冰表面的综合库(下文中在表1中列出，所述疏冰表面可以是：通过施加涂层A-CJ而表现出疏冰特性的粗糙的、光滑的、疏水的或甚至亲水的表面)。

在某些变型中，本公开内容提供了制备耐久性疏冰制品的方法，其包括将弹性体聚合物的前体施加在基底上。所述前体可以是待固化和/或交联的单体、低聚物、聚合物或共聚物。所述前体可以形成以上讨论的任何弹性体聚合物。所述方法还包括使所述前体固化和/交联以形成交联密度小于或等于约1,300mol/m³的耐久性弹性体聚合物，其中所述弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa并且在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。固化或交联取决于所使用的弹性体，但是可以包括促进聚合的化学反应、暴露于热能、光化辐射或电子束等。这些涂层可以通过旋涂、浸涂、喷涂或涂漆到任何尺寸的基本上所有的基底上来施加。在某些方面中，弹性体是热固性树脂并且所述方法包括同时固化和交联。例如，热固性树脂可以通过在升高的温度下或在室温下固化来交联。关于根据本公开内容制造的多种示例性样品的涂层制造方法和所得到的冰粘附强度、交联密度和水接触角示于表1中并且在下面进行进一步描述。

在某些其他方面中，所述方法还可以包括在固化之后，引入与弹性体聚合物混溶的液体以使得弹性体聚合物中的链能够界面滑移。在某些变型中，如以上所讨论的，弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。在表1中，没有易混溶油或滑移的涂层被指定为“NS”—无滑移。由于分布在弹性体基体内的易混溶油的存在而具有界面滑移但具有没有形成在其上的任何液体层的暴露表面的涂层被指定为“IS”—界面滑移。在表面上具有一些液体作为润滑层的涂层被指定为“L”—经润滑体系。在某些方面中，根据本公开内容的优选的疏冰涂层是没有易混溶液体的涂层(NS涂层)，或者通过包含易混溶液体而具有界面滑移并因此没有易混溶液体的任何表面层(IS涂层)并且不是润滑涂层体系(L涂层)的涂层。然而，在对于某些应用和用途可能不太优选的替代方面中，如以上所讨论的，如果疏冰涂层具有交联密度足够低的弹性体，则其可以是具有名称“L”的经润滑涂层。这样的润滑涂层体系通常不能通过保持疏冰特性而表现出期望水平的稳健性，例如，保持初始冰粘附强度使得在多个结冰/除冰循环之后的后续冰粘附强度比初始冰粘附强度高小于或等于约50％，如上所述。在这一点上，这样的经润滑涂层对于某些应用可能是适合的，但是对于稳健性和耐久性重要的应用而言可能是不太期望的实施方案。

表1

VYTAFLEX^TM聚氨酯弹性体橡胶可商购自Smooth-On,Inc.并且由不同的体系形成，所述体系包含：含有一个或更多个异氰酸酯官能团的第一前体单体/反应物、含有多元醇的第二前体单体/反应物、和任选的第三前体单体/反应物。在某些变型中，第一前体包含甲苯二异氰酸酯(TDI)，第二前体包含多元醇，例如，羟基聚醚如二乙二醇聚醚或者羟基聚酯如乙二醇-乙二酸聚酯。任选的第三前体可以选自：二(乙基)甲苯二胺、二(甲硫基)甲苯二胺及其组合。VYTAFLEX^TM系列的聚氨酯弹性体通过所实现的硬度值进行分类。因此，VYTAFLEX10^TM形成具有Shore 10A硬度的聚氨酯橡胶，VYTAFLEX 20^TM形成具有Shore 20A硬度的聚氨酯橡胶，VYTAFLEX 30^TM形成具有Shore 30A硬度的聚氨酯橡胶，VYTAFLEX 40^TM实现Shore40A硬度，VYTAFLEX 50^TM形成具有Shore 50A硬度的聚氨酯橡胶，VYTAFLEX 60^TM形成具有Shore 60A硬度的聚氨酯橡胶。认为VYTAFLEX^TM组合物通常包含二(乙基)甲苯二胺作为共反应性物质，而认为VYTAFLEX 50^TM和VYTAFLEX 60^TM还包含二(甲硫基)甲苯二胺作为第二或替代的反应性物质。

其他合适的PU弹性体包括得自于Smooth-On,Inc.的CLEARFLEX^TM 30、CLEARFLEX^TM50或CLEARFLEX^TM 95。这些PU弹性体是透明的并且被认为是在催化剂的存在下由以下体系形成，所述体系包含含有一个或更多个异氰酸酯官能团的第一前体单体/反应物、含有多元醇的第二前体单体/反应物。在某些变型中，第一前体包含二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯，第二前体包含多元醇，例如，羟基聚醚如二乙二醇聚醚或者羟基聚酯如乙二醇-乙二酸聚酯。第三前体或催化剂可以包含苯基汞新癸酸酯。

SYLGARD^TM 184是被认为包含第一部分的两部分硅氧烷聚合物，所述第一部分具有约1重量％至5重量％的四(三甲基硅烷氧基)硅烷、约30重量％至60重量％的二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅、和60重量％或更多的二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷。SYLGARD^TM 184的第二部分或固化剂包含40重量％至70重量％的二甲基甲基氢硅氧烷、15重量％至40重量％的二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷、约1重量％至5重量％的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、和约1重量％至5重量％的二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅。

表1中的某些极其耐久的涂层显示出与扁平铝相比τ_冰减小大约300倍，并且在某些变型中，相对于迄今为止报道的最低τ_冰值减小4倍。而且，由于τ_冰是通过调整ρ^CL并允许界面滑移(而不是通过疏水性增加)来减小，所以对于覆盖各种各样的表面能量的涂层，疏冰性是可能的。根据本教导开发的不同疏冰涂层的τ_冰变化不通过参数1+cosθ_后的变化来解释。大部分制造的表面不符合理论τ_冰∝1+cosθ_后趋势。例如，对于一种特定涂层AY，虽然θ_后＝12°，但是τ_冰＝27±10kPa。因此，常规地认为，较高的接触角会降低冰粘附。虽然这可能仍然是事实，但是如在本教导的上下文中发现的，在设计疏冰表面时，弹性体材料的交联密度和界面滑移被认为比表面能更重要。因此，疏冰表面可以根据本公开内容的某些方面来设计，而不考虑控制交联密度和界面滑移的材料化学。

本文进一步探究了交联密度ρ^CL和界面滑移如何影响冰粘附。根据本公开内容的技术可以扩展到多种不同的材料体系，从而提供低的疏冰耐久性和持续低的冰粘附。为了理解界面滑移和交联密度(ρ^CL)对冰粘附强度(τ_冰)的影响，使用在-10℃下进行的基于剪切的模式II冰粘附测试；四种代表性聚二甲基硅氧烷(PDMS)样品，如图2A所示：高ρ^CLPDMS(ρ^CL＝307±8mol/m³)、低ρ^CLPDMS(ρ^CL＝50±2mol/m³)、具有油的高ρ^CLPDMS(ρ^CL＝290±25mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)和具有油的低ρ^CLPDMS(ρ^CL＝46±2mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)。对于高ρ^CLPDMS(未改变的SYLGARD^TM 184)，τ_冰＝264±19kPa，这与文献报道的200kPa至300kPa的值相符。为了实现具有界面滑移且ρ^CL与SYLGARD^TM 184相同的表面，添加降低ρ^CL的有机硅油和增加ρ^CL的聚甲基氢硅氧烷直到实现相同的ρ^CL。这种表面的τ_冰＝58±5kPa，相对于未改变的SYLGARD^TM 184降低5倍，突出了由易混溶链所实现的界面滑移的效果。

通过使弹性体网络与引起界面滑移的链之间的混溶性最大化，避免了在基底顶部上(即，沿着暴露表面)形成液体层。对暴露表面上液体层或膜的存在的依赖是有问题的，因为这样的液体层是脆的并且可能容易被磨损，因此迅速丧失疏冰能力。实际上，根据本公开内容的某些方面的疏冰涂层材料不通过暴露表面上的润滑液体层来实现疏冰性，这已经以光学方式通过AFM相位成像(图3C至图D)、通过物理擦拭基底以及通过力-时间曲线分析(以下讨论)而确定。

即使没有添加易混溶链，也可以仅通过降低弹性体材料的ρ^CL来实现τ_冰值≤10kPa的涂层。对于具有低交联密度(ρ^CL)且不含任何非交联链的PDMS，所得的冰粘附强度τ_冰为33±2kPa。这是不使用任何润滑层、易混溶链、氟化或纹理的理论最大值τ_冰＝150kPa的五分之一。τ_冰值≤10kPa的涂层可以仅仅通过降低ρ^CL来制造，如表1中可以看出的。对于具有界面滑移的低ρ^CLPDMS，测得冰粘附强度τ_冰为6±1kPa。总之，τ_冰仅由界面滑移引起的5倍减小和仅由于降低ρ^CL引起的8倍减小的组合使得PDMS的τ_冰值减小了40倍。

一系列不同的疏冰涂层由PDMS、聚氨酯橡胶(PU)、氟化聚氨酯多元醇(FPU)和全氟聚醚(PFPE)形成，其中如通过使用Flory-Huggins理论的溶剂溶胀所测量并且通过拉伸测试数据的Mooney-Rivlin分析所确定的，ρ^CL在0.68mol/m³至1203mol/m³中变化。为了提供界面滑移，向涂层中添加以下形式的液体：有机硅油、可商购自DuPont的KRYTOX^TM润滑剂油、植物油、鱼肝油或红花油，如下面实施例中所描述的。

实施例

聚二甲基硅氧烷(SYLGARD^TM 184或SYLGARD^TM 527，得自于Dow Corning)、有机硅油(粘度为5cP至10,000cP，得自于Sigma Aldrich)和聚甲基氢硅氧烷(PMHS，来自SigmaAldrich)按原样使用。SYLGARD^TM 184是基本成分:交联剂之比为10:1的交联PDMS，SYLGARD^TM 527是基本成分:交联剂之比为1:1的交联PDMS。用于这两种产品的交联剂包含有效地控制交联密度ρ^CL的PDMS和PMHS的共聚物。这两种制剂的混合可以在不偏离化学计量的情况下改变ρ^CL，如Palchesko,R.等，“Development of Polydimethylsiloxane substrateswith tunable elastic modulus to study cell mechanobiology in muscle andnerve.”PLoS One 7,p.e51499,(2012)中所描述的，其通过引用并入本文。为了增加交联密度ρ^CL，可以随着高温(150℃)固化添加PMHS。

在80℃下的固化导致PMHS在PDMS弹性体内不能有效地交联，从而充当润滑剂。为了区分这种效果，使样品在80℃下固化最少2小时或者在150℃下固化24小时。为了获得填充有25重量％有机硅油并且保持模量与SYLGARD^TM 184相同的PDMS，使用10重量％PMHS。为了获得每条链都化学交联的低ρ^CLPDMS，使用甲苯进行两周的溶剂萃取以完全除去所有的非交联链。每天更换过量的甲苯。在不进行这种处理的情况下，PDMS包含约4％的非交联链，充当润滑剂(图7A至图7C、图8、图9A至图9G))。

为了旋涂这些表面，在己烷中形成聚合物浓度为200mg/ml的溶液。硅片用丙酮冲洗，然后用不同溶液以1500RPM旋涂60秒，随后固化。对于浸涂的网，将基底浸没在相同的200mg/ml溶液中保持45分钟，并吹干以避免孔堵塞，然后进行与上述相同的固化方案。

全氟聚醚(PFPE，作为SARTOMER^TM 4002获得)使用354nm紫外光在氮气下用1％2-羟基-2-甲基苯丙酮(Sigma Aldrich)作为光引发剂进行交联。因此，根据本公开内容的某些变型，使用这些不同的材料来形成疏冰的低交联密度弹性体的样品。

氟化聚氨酯(FPU，可商购自Fluonova)按照制造商说明书使用8重量％的1,6-六亚甲基二异氰酸酯进行交联。100、103和105购买自DuPont并且以多至25重量％的量添加到不同聚合物中。FPU还使用异氰酸酯官能化的PDMS(SILMER NCO Di-100^TM，Siltech)以75重量％/25重量％的交联剂比进行交联。向其中添加100cP有机硅油。在ASAHIKLIN-225^TM或氯仿中混合成浓度为200mg/ml的溶液。

通过至少将第一基本组分与第二交联剂组分组合来制备VYTAFLEX^TM聚氨酯弹性体橡胶。按照制造商说明书，以1:1的基本成分/交联剂重量比混合具有已知模量的PU样品(Smooth-On Inc.)。所有的VYTAFLEX^TM聚氨酯以1.1的异氰酸酯:羟基指数制备。可以将单独的组分混合在一起，倾倒在基底如载玻片上。对于经润滑样品，以1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％或50重量％的水平添加油(植物油，鱼肝油，100-cP有机硅油，红花油，或异氰酸酯官能化的有机硅油(Silmer NCO Di-50)，桉树油，或者增塑剂如己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)和邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP))。因此，添加至弹性体聚合物体系(例如弹性体聚氨酯橡胶)中的油的量可以为大于或等于约1重量％至小于或等于约50重量％。在某些方面中，可以在将基本成分和交联剂组分混合之后将植物油、鱼肝油、100cP有机硅油、红花油、桉树油、异氰酸酯官能化的有机硅油(Silmer NCO Di-50)和/或MCT混合到VYTAFLEX^TM体系中。在某些变型中，可以在添加交联剂部分B之前将桉树油(Jedwards International)与VYTAFLEX 40^TM的基本部分A混合1小时以发生反应，从而改变最终交联密度。因此，可以在将两个部分混合在一起之前将某些油如桉树油混合到两部分反应性聚合物体系的一个部分中以发生预反应，而在另一些变型中，在将两个部分混合之后添加油。当将反应性油或液体添加到两部分体系的一个部分中时，其可以在与聚合物体系的第二部分混合之前反应大于0分钟至小于或等于约120分钟(例如，0分钟、1分钟、5分钟、10分钟、20分钟、60分钟或120分钟)。

然后使橡胶体系在室温下固化过夜，或者在某些变型中固化24小时。基于氨基甲酸酯的橡胶可以使用比例为50重量％/50重量％的橡胶交联剂和异氰酸酯官能化的PDMS(SILMER NCO Di-100，Siltech)来改变，从而提高有机硅油的混溶性。氨基甲酸酯的ρ^CL可以通过改变异氰酸酯交联剂类型或氨基甲酸酯指数和/或通过添加液体/油来改变。通过在溶质浓度为200mg/ml的氯仿溶液中旋涂或浸涂载玻片，或者在不稀释的情况下喷涂(500mg/ml)或滴涂来产生膜。

制备的其他弹性体是CLEARFLEX 50^TM(Smooth-On Inc.)，其包括按照制造商说明书，将第一基本组分和第二交联剂组分以1:2的基本成分/交联剂重量比混合，与以上讨论的VYTAFLEX^TM反应类似。在80℃下固化过夜之前添加油。在某些变型中，将CLEARFLEX 50^TM与VYTAFLEX 20^TM混合。VYTAFLEX 20^TM是透明的琥珀色橡胶，当与CLEARFLEX 50^TM混合时形成特性介于两种组分之间的橡胶，但是透明度仍然大于90％。而且，VYTAFLEX 20^TM可以是用一些油高度溶胀的，例如，用MCT溶胀至大于约60重量％。CLEARFLEX 50^TM用MCT仅仅可以溶胀至约10重量％，因此混合两种聚氨酯橡胶使得更多的油并入交联基体中。

因此，1:1重量比的CLEARFLEX 50^TM和VYTAFLEX 20^TM产生高度透明的膜，而且允许油(例如，MCT或DIDA)的最大添加。因为这些油也是透明的，所以用大量的油填充涂层对于光学透明性和冰粘附强度均是有利的。两种橡胶的部分A和B以及油都在倒入载玻片上并在室温下固化过夜之前混合在一起。通过在溶质浓度为200mg/ml的氯仿溶液中旋涂或浸涂载玻片，或者在不稀释的情况下喷涂(500mg/ml)或滴涂，然后固化来产生膜。

还使用Kim,P等,“Hierarchical or not？Effect of the length scale andhierarchy of the surface roughness on omniphobicity of lubricant-infusedsubstrates,”Nano Lett 13,第1793至1799页(2013)中描述的方法(其相关部分通过引用并入本文)获得了常规的疏冰表面(也称为光滑的液体注入多孔表面(SLIPS))的比较例。将铝(Al)片在2.5HCl(Fisher Scientific)中蚀刻20分钟，随后在水中进行充分冲洗。然后将经蚀刻的Al在水中煮沸20分钟，然后在密闭容器中在120℃下与气相十七氟四氢癸基三氯硅烷(Gelest)进行即时反应1小时。然后将KRYTOX^TM油(100、103或105)倾倒在基底上，然而将其垂直放置过夜以使任何多余的油从涂层中滴落。

用丙酮冲洗Si片，并且将溶液在1500RPM下旋涂60秒，然后在80℃下固化过夜(约10小时)。按照说明书，将聚氨酯橡胶样品(Smooth-On Inc.)以1:1的基本成分:交联剂比混合。

对于经润滑样品，以1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％或50重量％的水平添加液体(植物油-Kroger，鱼肝油-Fisher，100cP有机硅油-Sigma Aldrich，红花油-Jewards International，桉树油，异氰酸酯官能化的有机硅油-SILMER NCO Di-50^TM，或者增塑剂如己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)和邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP))。使橡胶固化过夜(约10小时)。如上所述，在某些方面中，使用比例为50重量％/50重量％的橡胶交联剂和异氰酸酯官能化的PDMS(SILMER NCO Di-50^TM，Siltech)来改变橡胶以提高有机硅油的混溶性。

将聚苯乙烯(PS，M_w：190,000，Scientific Polymer)以200mg/ml的浓度溶解到甲苯中并且向其中添加有机硅油(AP 1000，Sigma Aldrich)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS，SigmaAldrich)或低分子量PS(M_w：200g/mol或540g/mol，Scientific Polymer)。将聚异丁烯(PIB，M_w:400,000g/mol，Scientific Polymer)以200mg/ml的浓度溶解到庚烷中并且向其中添加聚丁烯(M_n≈920g/mol，Sigma Aldrich)。PIB和PS样品使用与上述相同的方法旋涂，然后在室温下固化24小时。上表1包括根据本公开内容制备的疏冰表面的制备方法/方案和所得的表面特性的完整列表。

光刻

将3μm厚的光致抗蚀剂(SPR 220-3.0，Shipley)层旋涂在硅片上，并在115℃烘烤90秒。微图案的横向布局通过365nmUV暴露(Karl Suss MA6mask aligner)并在AZ300MIF中显影来限定。电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE，STS Pegasus)在暴露区域中形成约30μm和75μm深的微孔阵列，并且剥离光致抗蚀剂(Baker PRS 2000)。为了构建精确厚度的柱状物，采用两种方法。对于厚基底，将未固化的PDMS倒到硅模具上，脱气并固化。对于薄基底，将未固化的PDMS在Si模具上以5000RPM旋涂60秒，变化速率为5秒。然后将载玻片置于旋涂层顶上。使PDMS脱气以除去载玻片与模具之间的气泡，最后使整个体系固化。

冰测试

τ_冰使用Meuler,A.J等.“Relationships between water wettability and iceadhesion,”ACS Applied Materials&Interfaces 2,第3100至3110页(2010)中描述的定制装置来测量，其相关部分通过引用并入本文。简单地，将测力计安装在可移动台上。该测力计将粘附至基底的冰推到珀尔帖板上。冰的厚度为约5mm至8mm，而该测力计在距离表面小于1mm处接触表面。除了在-5℃至-35℃下进行温度研究之外，测试在-10℃下进行。所有测试均使用0.5ml的水。在测试之前，使表面在足够的时间内充分冻结。对于光滑涂层，发现τ_冰与水完全冻结与冰被剪切掉之间的时间无关。τ_冰是剪切掉给定面积的冰所需的最大力。通过最小分辨率为0.0005N的Mark-10测力计，获得了τ_冰<250kPa的表面的力与时间曲线。使用该测力计，可以以±.05kPa的精确度测量低至1.0kPa的τ_冰。对于τ_冰>250kPa的表面，使用Imada测力计，其分辨率为0.1N。

CCREL测试

将两种基于PDMS的涂层和两种基于PU的涂层送至美国陆军寒冷地区研究和工程实验室(CRREL)以在模式I型(剥离测试)粘附测试中独立地进行评估。根据本公开内容的某些变型的CRREL测试的样品包括低ρ^CLPDMS涂层(ρ^CL＝110±5mol/m³)、包含25重量％有机硅油的低ρ^CLPDMS涂层(ρ^CL＝76±1mol/m³)、包含15重量％植物油的聚氨酯(ρ^CL＝52±1mol/m³)、和包含10重量％有机硅油的经PDMS改性的聚氨酯(ρ^CL＝21±1mol/m³)。CRREL冰粘附装置包括冰面积为约10cm²的铝片。在精确控制的环境条件下从起始晶体生长出冰。在试样底部形成起始裂纹，然后沿着垂直于表面平面的方向拉拔冰。以这种方式，对模式I型破裂进行评估。

交联程度确定

使用甲苯和丙酮作为探针溶剂来进行溶胀研究。将基底浸没在过量甲苯中直到获得恒定质量。在测量之前轻拍干完全溶胀的基底，以使由于蒸发导致的任何误差最小化。使用足够大的基底，使得与蒸发的甲苯蒸气相关的误差<2％。将溶胀的样品置于真空下的80℃烘箱中以除去甲苯，直到质量保持恒定。以这种方式，可以辨别出可提取的和永久的质量含量。FPU、PFPE和PU的Flory-Huggins相互作用参数通过在大量溶剂中溶胀确定其溶解度参数来进行估计，如ASTM D412-06a(2013),Standard Test Methods for VulcanizedRubber and Thermoplastic Elastomers—Tension(ASTM International,WestConshohocken,PA,2013)中说明的，其通过引用并入本文(图11A至图11B)。

图11A至图11B示出了弹性体溶解度参数测定。图11A示出了PU的平衡溶胀比根据探针溶剂的溶解度参数δ_溶剂而变化的图。数据拟合成高斯分布。图11B示出了FPU的平衡溶胀比根据δ_溶剂而变化的图。数据拟合为双模高斯分布，分别将氟化组分和氨基甲酸酯组分的溶胀考虑在内。19MPa^1/2附近的峰是特征性的或氨基甲酸酯键。

机械特征

为了制备狗骨式试样，将未固化材料(PDMS、FPU或PU)倾倒在面积为1英尺×1英尺的氟硅烷化玻璃板上。对于PDMS和PU，不添加溶剂，因为粘度低得足以产生液体聚合物的光滑糊料(puddle)。向FPU中添加乙酸正丁酯(Sigma Aldrich)，每5克FPU多元醇和交联剂添加1ml乙酸正丁酯。固化后，将具有ASTM D412，Die D中概述的尺寸的狗骨式样品冲压出来。拉伸测试使用10kN测压元件和56mm计量长度在MTS Insight 10上进行。十字头以10mm/min控制。使用具有CS-10弹性磨损器且总重量为1100g的LINEAR磨损机进行机械磨损。在每组磨损循环之前，使用砂纸(来自)对磨损器进行重修。表面重修以25次循环/分钟进行25次循环。为了进行磨损，将样品夹紧并以60次循环/分钟和25.4mm的冲程长度进行多至5000个循环的磨损。对于PDMS样品(SYLGARD^TM 184)，涂层在小于50个循环之后被完全除去。在不稀释的情况下将磨损样品滴涂到载玻片上，得到约2mm的最终涂层厚度。

另外的耐久性测试

通过将经涂覆的载玻片保持在70℃热板上来进行热循环。在24小时之后，测量-10℃下的冰粘附强度，并且该过程重复10次。应注意，对于天然油，热稳定性与熔点之间存在折衷。例如，植物油可以在高至100℃的环境中生存，但会在-10℃左右冻结。红花油在100℃附近降解，但是将直到-35℃才会冻结。探测涂层的低温特性是通过将珀尔帖板从-5℃调整到-35℃来进行。

腐蚀测试根据ASTM B117,Standard Practice for Operating Salt Spray(Fog)Apparatus(ASTM International，West Conshohocken，PA，2011)来进行。简单地，以500mg/ml喷涂测量为25mm×75mm的钢片。将经涂覆的片悬挂在保持在35℃的盐喷雾室(BemcoInc.)中200小时。沿着涂层的长度做出25mm划痕，以暴露下面的钢。在加速腐蚀之后，测量冰粘附强度。

涂层粘附

进行根据ASTM D3359-通过胶带测试测量粘附的标准测试方法(ASTMInternational，West Conshohocken，PA，2009)的标准剥离测试以确定对下面基底的粘附。大多数疏水聚合物的主要问题是它们粘附至基底。使用橡皮擦将标准胶带(ELCOMETER^TM99)压在经涂覆的基底上。测试的基底是钢、铜、铝和玻璃。在施加胶带之前，在涂层中切出细长的“x”图案。迅速以180°的角度扯下胶带之后，评估涂层从基底上的除去。在所有测试的基底上，根据本公开内容制备的涂层显示出没有除去的迹象。该过程重复10次，然后进行冰粘附测量。

化学稳定性

化学稳定性通过将未经疏冰聚氨酯(而经有机硅油、红花油或植物油)滴涂的载玻片浸没在1.5M HCl和NaOH溶液中来评估。将经涂覆的片浸没5分钟，然后用大量的去离子水冲洗。干燥之后，测量冰粘附。

显微镜/接触角

使用具有5X物镜的VISTAVISION VWR^TM光学显微镜拍摄光学图像。使用VeecoInnova仪器进行敲击模式原子力显微镜(AFM)。使用Veeco TESPA尖端和Hi Res C探针进行成像。使用Ramé-Hart 200-F1测角仪测量接触角。通过使来自2mL微米注射器(Gilmont)的一滴液体(约10μL)前进和后退来进行测量。报道了至少三次独立测量的平均值。

在上述方法中，为了提供界面滑移，将液体添加到低交联密度的弹性体材料涂层中。由PDMS、聚氨酯橡胶(PU)、氟化聚氨酯多元醇(FPU)和全氟聚醚(PFPE)制造的一系列不同的疏冰涂层的ρ^CL在0.68mol/m³至1203mol/m³中变化，如通过使用Flory-Huggins理论的溶剂溶胀测量并且通过拉伸强度数据的Mooney-Rivlin分析确定的。这些液体可以是以下形式：有机硅油、可商购自DuPont的KRYTOX^TM润滑油、植物油、鱼肝油或红花油。如前所述，G^1/2适用于没有界面滑移的表面。

图6A和图6B示出了根据本公开内容的原理制备的疏冰表面的一个变型的拉伸测试数据。图6A示出了疏冰聚氨酯橡胶(VYTAFLEX 40^TM，15重量％红花油)的一个变型的应力-应变结果。材料的断裂伸长率超过1000％。图6B示出了使用允许辨别ρ^CL的Mooney-Rivlin轴的数据的重新绘制(无限伸长时的y轴截距)。由于测试机器在非常小的应变下的不准确性，当1/λ≤0.8时，应力-应变数据的线性回归是适合的，其中λ是延伸比。对于所有的测试材料，溶胀研究与拉伸测试数据之间的误差通常为<5％。所测量的样品之间的误差通常比测试方法差异大得多，即，两种测试方法给出了统计学上相同的交联密度，总体不确定性为约10％。

当测量没有任何非交联链的表面的τ_冰时，精确地观察到这种依赖性(图2B)。有趣地，对于弹性体，表面能对τ_冰没有显著影响(参见图1)。冰粘附减小通过降低ρ^CL来控制。G^1/2依赖性似乎是由在低模量膜中发生的界面空化产生。尽管装载会提示模式II，但是冰在模式I型破裂中分离。如下面进一步讨论所验证的，将两种基于PDMS的涂层和两种基于PU的涂层送至美国陆军寒冷地区研究和工程实验室(CRREL)以在模式I型(剥离测试)粘附测试中独立地进行评估。

如所预期的，在误差范围内，CRREL的冰粘附强度τ_冰值与先前测量的τ_冰值相匹配(图7A至图7C)。图7A至图7C示出了根据本公开内容的某些原理制备的涂层的界面滑移机理的另外的数据。图7A示出了送至美国陆军寒冷地区研究和工程实验室(CRREL)以在模式I型(剥离测试)粘附测试中独立地评估的四种样品的冰粘附强度的图比较。CRREL数据点(模式I)是一次测试的两个不同样品的平均值，而内部数据点(模式II)是至少10次后续测量结果的平均值。图7B示出了根据本公开内容的某些方面制备的填充有15重量％植物油、鱼肝油或红花油的聚氨酯弹性体的低温研究图。冰粘附增加指示界面滑移的损失，这由脂肪酸链的冻结引起。多不饱和脂肪酸含量在植物油至鱼肝油至红花油中依次增加。图7C示出了没有油的PU涂层的AFM相位图。

图2B示出了由PDMS、聚氨酯(PU)、氟化聚氨酯(FPU)和全氟聚醚(PFPE)弹性体产生的没有界面滑移的涂层的ρ^CL与τ_冰之间的关系。误差条是一个标准偏差，并且使用York提出的方法找到最佳拟合。斜率为0.51±0.04。图2C示出了具有界面滑移的涂层的τ_冰随着ρ^CL的变化。斜率为1.01±0.03。图2D示出了在5％误差内，具有和没有界面滑移但具有相同ρ^CL的涂层所测量的冰减少潜力(I^*)。误差条是一个标准偏差并且R²＝0.89。

为了提供界面滑移，将有机硅油、KRYTOX^TM油、植物油、鱼肝油或红花油嵌入低密度弹性体材料中。对于不存在滑移的弹性体表面，τ_冰约等于G^1/2。在测量没有任何交联链的表面的τ_冰时，在图2B中观察到这种依赖性。对于所测试的不同弹性体，没有观察到弹性体化学性质/表面能对τ_冰的显著影响。冰粘附强度的变化主要受ρ^CL变化的影响。

在图2C中，在根据本公开内容的许多不同的疏冰体系中，界面滑移通过添加易混溶的聚合物链来实现，τ～G.。当冰表面之间不存在氢键时，τ_冰有效地与Q和η无关。从图2C可以清楚地看出，ρ^CL的效果主导冰粘附。

为了预测不同弹性体的粘合强度减小潜力，使用无量纲参数I^*。I^*是没有界面滑移的弹性体的τ_冰与具有界面滑移的弹性体的τ_冰之比：

在图2D中，两个最重要的因素是在这样的弹性体体系中需要低ρ^CL来实现极低的τ_冰值，以及界面滑移增强了低ρ^CL的效果。例如，为FPU(ρ^CL＝1098mol/m³)添加界面滑移仅仅给出了I^*＝1.6，而对于软PDMS(ρ^CL＝8.5mol/m³)，I^*＝24。此外，通过对图2D中所示的数据进行拟合，A≈83。其物理解释为：对于ρ^CL>7000mol/m³，界面滑移不能增加。例如，向聚丁烯(ρ^CL～8,000mol/m³)中添加25重量％、50重量％和75重量％液态聚丁烯导致与没有聚丁烯嵌入的聚丁二烯统计学上相等的τ_冰值，例如，I^*＝1.0。发现嵌入有液体低分子量聚苯乙烯的聚苯乙烯(ρ^CL～450,000mol/m³)也是如此(表1)。

在设计具有界面滑移的表面时，如果不控制聚合物链与弹性体之间的混溶性，则可能形成厚的润滑层。检查润滑层的最简单方式是物理接触表面，通过手动，通过受控磨损，或者通过在多次结冰/除冰循环中重复测量τ_冰。分别如图3C和3D所示，在光学显微镜下的AFM相位图中也很容易观察到该液体层。此外，经润滑表面依赖于极低的接触角滞后(CAH)以实现其特性。这使得经润滑体系在机械上不同于具有界面滑移的表面。例如，经润滑表面上的摩擦与ρ^CL无关，但是严重依赖于油粘度。相比之下，根据本公开内容制备的疏冰表面可以具有高的CAH(表1)，可以承受会除去任何润滑表面层的机械磨损(如图4C中所见的那些)，并且显示出τ_冰值强烈依赖于ρ^CL，如图2B至图2D所示，而与油粘度无关。

如图8所示，使用具有方形阵列孔的硅模具(参见左下插图)允许制造疏冰的(τ_冰＝26±3kPa)基于PDMS的微柱状物。放置在这种表面上的水滴显示出超疏水性，其中并且低滚落角为3°(右下插图)。图8示出了在这样的表面上的20次连续结冰/除冰循环的冰粘附强度。所测量的冰粘附强度τ_冰＝26±3kPa。这样的表面通过使固-液接触面积最小化而有效地排斥液态水并且通过低ρ^CL和界面滑移而排斥固体冰。不同的机理允许即使在表面完全结霜之后表面仍然为疏冰的。因此，这样的表面能够防止水滴和冰两者附着。

为了评估根据本公开内容的某些方面的疏冰涂层的耐久性，研究了表面在反复的结冰/除冰期间的力与时间曲线。图5A至图5C示出了比较的液体层表面退化。在图5A中，在多次结冰/除冰循环中测试了在暴露表面上的具有KRYTOX^TM 100、KRYTOX^TM 103或KRYTOX^TM105的液体润滑层的常规的基于SLIPS的疏冰表面。在图5B中，提供了具有SYLGARD^TM184PDMS弹性体和交联剂(比例为1:1)以及分散在其中的100cP有机硅油的涂层Q(表1中所示)的力与时间曲线。由于涂层的柔软性，证明测量确切的交联密度对于涂层Q是困难的；然而，认为是非常低的(例如，小于约1mol/m³)。涂层Q的初始冰粘附强度为0.15kPa。图5B中的“x”符号标定了冰何时首先从涂层上脱离。如下面进一步讨论的，涂层Q太软以致于冰测试会损坏该涂层，这被认为是图5B中的冰粘附强度上升的原因。

图5C示出了根据本公开内容的某些方面制备的基于PU的涂层中的油含量对通过ρ^CL归一化之后的τ_冰的影响。红花油的混溶性极限为约16重量％。对于如图5A中在结冰/除冰过程期间受损的表面，力与时间曲线的形状随着表面退化而变化，如图5B所示。

图3A至图3D示出了不同机理(即，根据本公开内容的界面滑移与常规的润滑机理)的比较。在图3A中，在10次结冰/除冰循环中，经润滑表面(例如，具有润滑表面层的常规SLIPS表面)与根据本公开内容的某些方面的具有界面滑移的表面之间的差异变得明显。为了进行比较，将PMHS由200mg/ml的甲苯溶液以1500RPM旋涂在Si片上。这表示为润滑剂。经润滑表面是在表面上具有过量有机硅油的PDMS。

图3B示出了经润滑表面强烈地依赖于粘度，而根据本公开内容的具有界面滑移的表面明显与粘度无关(表1中的涂层BH、BI、BJ和BK)。对于经润滑表面，趋势遵循典型的Stribeck关系。图3C示出了根据本公开内容的某些方面的具有15重量％红花油而不存在润滑层的PU涂层的AFM相位图和光学显微照片。AFM扫描看起来与没有油的PU涂层(参见图7C，示出了没有油的PU涂层的AFM相位图)相同。图3D示出了具有10％有机硅油的PU涂层的AFM相位图和光学显微照片。润滑层清楚可见。

对于某些表面，τ_冰随着结冰/除冰循环的增加而显著增加，如图3A所示。经润滑表面和太软而不能防止物理损坏的表面在10次结冰/除冰循环内均显示出这样的行为，如图3A、图4A至4C、图5A和图10A至图10D所示。然而，这样的软表面常常提供最不可估量的低τ_冰。最疏冰的表面(表1中的涂层Q)测量为τ_冰＝0.15±0.05kPa(图5B)。这比迄今为止报道的最低τ_冰值低两个数量级，比扁平铝的τ_冰低超过五个数量级。冰仅在其重量作用下就从这些表面上滑落。然而，如图5B所示，另外的除冰/除冰循环开始使表面退化，使τ_冰升高并改变力与时间曲线。根据本公开内容的某些方面制备的表面保持其低的τ_冰值，如图3A中所示，显示出自相似的力与时间曲线(图10A至图10D)。在图10A至图10D中，提供了图3A中的经润滑剂润滑的PDMS(ρ^CL＝52±1mol/m³，25重量％100cP有机硅油)和PU(ρ^CL＝33±1mol/m³，15重量％红花油)表面的力与时间曲线。每条曲线旁边的数字是它们发生的顺序。因此，力与时间曲线提供了确定疏冰涂层的耐久性的方法。

在另一个实施例中，在密歇根州安阿伯市(Ann Arbor，Michigan)的2013年和2014年冬季月份(4个月)期间进行户外测试。在该实施例中，测试根据本公开内容的某些方面制备的疏冰聚氨酯(PU)的耐久性。牌照板的右半部分用疏冰PDMS(ρ^CL＝102±5mol/m³，25重量％的50cP PMHS)涂覆。图4A示出了作为对照的牌照板未涂覆侧和具有疏冰PU涂层的涂覆侧二者。将牌照板在2013年2月期间放置在户外。2月26日晚上出现了冻雨，第二天对板进行成像，如图4B的插图所示。未涂覆侧显示出大量的积冰，而涂覆侧上的所有积冰都在冰暴期间被剪切掉。

在2014年12月至3月期间，将两块玻璃板(表面积为1英尺²)放置在户外，其中一块涂覆有疏冰的PDMS(ρ^CL＝76±1mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)。在2月12日，未涂覆板被约7mm的雨凇(glaze)层(具有最强粘附的冰类型)覆盖。在图4A中，涂覆板上没有冰积聚。在3月4日，一夜的冻雨之后下雪，这完全覆盖了未涂覆板。涂覆板仅剩下少量尚未被剪切掉的积冰。在图4A中，在四个月的暴露期间，雪和冰均积聚在未涂覆玻璃板上。涂覆板经常具有停留在其上的雪，但是所形成的所有冰都很快地被轻微的风剪切掉，如图4A所示。在四个月的暴露之后，涂覆表面的接触角和τ_冰与测试前相同，突出了涂层的耐久性。

图4B示出了根据本公开内容的某些其他方面制备的本发明PU疏冰涂层的耐久性测试。使用疏水弹性体作为疏冰涂层提供了极其耐久的疏冰体系。这也是亲水但疏冰的表面的第一实例之一。图4B示出了在不同测试条件期间疏冰聚氨酯(ρ^CL＝33mol/m³，15重量％红花油，CAH＝38°)的耐久性测试(包括冰粘附强度)，包括初始样品，以及经历磨损(ASTM D4060)、酸/碱暴露、加速腐蚀(ASTM B117)、热循环和剥离测试(ASTM D3359)的样品。寿命测试延长至100次除冰/除冰循环，并且在-5℃至-35℃的温度范围内评估涂层(还参见图7B)。在5000次磨损循环造成超过600μm的厚度损失之后，涂层保持为疏冰的，因为疏冰性是涂层的固有特性。基于PDMS的涂层虽然同样是疏冰的，但是在18±12次循环之后完全被磨掉和/或发生脱层，如图4C中可以看出的。使用高表面能弹性体允许形成非常好地粘附至下面基底的涂层。即使在钢、铜、铝和玻璃上进行10次连续剥离测试之后，或者在-10℃至70℃下的热循环之后，也没有可观察到的τ_冰增加。此外，使疏冰的聚氨酯经历2.5MPa的拉伸应力，导致弹性体伸长350％而没有破坏或损失其疏冰特性，如图4C的插图所示。图6A至图6B示出了显示出超过1000％的应变的另外的拉伸测试。

图9A至图9G示出了经涂覆网基底的疏冰性。图9A是示出所评估的网特性的参数空间的表，包括最小和最大直径(D)、开放面积、孔/英寸和粗糙度。图9B示出了浸涂溶液浓度对％开放面积的影响，％开放面积从左到右逐渐减小。图9C是经PDMS涂覆的网500的SEM显微照片。图9D示出了在冰测试装置周围(包括悬挂网下面)都有霜。图9E示出了D＝140μm的多个网的冰粘附强度(τ_冰)与％开口面积的关系。图9F示出了开口面积为30％的网的τ_冰与D²的关系。图9G示出了经涂覆网的τ_冰与预测因子D²r非常相关，其中r是Wenzel粗糙度并且D是线直径。冰与基底之间的低界面面积可以显著降低τ_冰。线直径为140μm且开口面积为59％的经PDMS涂覆的(ρ^CL＝219±13mol/m³，25重量％的100cP有机硅油)网显示出而插图示出了悬挂金属网的冰粘附测试的实验设置。

根据本公开内容的这些耐久性涂层可以被旋涂、浸涂、涂漆或喷涂到任何尺寸的基本上所有的下面基底上。最后，根据本公开内容的原理制备的涂层可以对多种表面表现出极低的冰粘附、冰强度，其独立地在美国陆军寒冷地区研究和工程实验室中通过模式I型粘附测试证实。

交联密度和界面滑移是可以用于系统地调整弹性体表面的冰粘附的两个通用属性。已经发现，无论材料化学/表面能如何，界面滑移似乎对低交联密度弹性体的冰粘附强度都具有最大的影响。使用这种理解，可以由包含亲水材料的许多材料体系制造一系列不同的机械稳健的持久的疏冰表面。这样的耐久性疏冰涂层在各个行业、学术科目和工程项目中有着广泛的应用。

图12、图13和图14A至图14B示出了其他疏冰的基于氨基甲酸酯的材料体系的特性。图12示出了VYTAFLEX 40^TM的冰粘附根据所添加的MCT液体百分比的变化，其中添加更大量的MCT降低τ_冰。图13示出了在固化期间的VYTAFLEX 40^TM的冰粘附强度根据弹性体内的桉树油百分比的变化。由于桉树油具有挥发性，所以在测试冰粘附强度时涂层中没有油残留。因此，油仅仅通过改变VYTAFLEX 40^TM的交联密度来降低冰粘附。这通过溶剂溶胀得以确定。图14A示出了CLEARFLEX 50^TM的冰粘附强度与涂层内DIDA增塑剂的百分比的关系。冰粘附强度τ_冰随着％DIDA增加而降低。在图14B中，示出了当用不同量的DIDA填充时CLEARFLEX 50^TM和VYTAFLEX 20^TM的1:1混合物的冰粘附。τ_冰随着添加至基于氨基甲酸酯的弹性体中的DIDA量的增加而降低。

本文进一步探讨了认为油的添加如何影响弹性体的模量以及认为混溶性如何在冰粘附强度中起作用。更具体地，本文提供了预测模型，其可以预测填充有任何油的任何弹性体的预期疏冰性。该模型的输入是没有油的弹性体的冰粘附强度(τ_冰)以及油在弹性体内的最大溶解度。

用液体(例如油)填充弹性体可以完成两件事情。第一，油增加了界面滑移。第二，油可以降低交联密度。对于表现出界面滑移的弹性体，已经显示出冰粘附线性降低。假设与油在弹性体内的最大溶解度相比，界面滑移随着的涂层内油的百分比线性变化，如以下方程所示：

在此，φ是弹性体中油的分数并且φ_最大是可以嵌入的油的最大可能分数。交联密度的比例可以与涂层内油的量相关，因此唯一的两个未知数是初始冰粘附强度和φ_最大。

计算弹性体的交联密度在填充一定百分比的油时如何变化的方法通过对修改的Flory-Rhener方程进行求解来提供：

其中左侧的项是未填充有和填充有一定体积分数的油(φ)的弹性体的交联密度的比例。所有的其他项与原始的Flory-Rhener方程相匹配，即，v₂是溶胀状态下的聚合物的体积分数，χ是Flory-Huggins相互作用参数。注意，由于计算的是交联密度的比例，所以用于使弹性体溶胀的溶剂是无关紧要的。当v₂较小，意味着弹性体高度溶胀(这可以通过选择合适的溶剂来完成)时，方程简化为：

因此，对于填充有油的弹性体，可以预测由添加油而引起的交联密度变化。这是重要的，因为冰粘附随着交联密度线性降低，或者：

如图15所示，观察到与上述理论的良好一致性。图15示出了填充有七种不同的油(SO-有机硅油、HD-十六烷、DIDA-己二酸二异癸酯、PB-6-液态聚丁烯润滑剂、MCT-中链甘油三酯、HL-高亚油酸)的三种不同弹性体(CF50-CLEARFLEX 50^TM、VF40-VYTAFLEX 40^TM)的交联密度减小。图15中的虚线是来自方程(4)的关系。

最大油溶解度可以通过使一块弹性体在油中溶胀直到其达到恒定质量而获得。对于溶剂和小分子而言，这在几天内发生，而对于像油这样的较大分子，则需要几周。本文进一步描述了界面滑移如何依赖于油的分数。假设纯油层的冰粘附为零，并且冰粘附的降低随着弹性体表面上油的量线性变化。这个假设只适用于没有润滑层的表面，所以用油的分数除以其其最大可能值：

根据半芯吸(hemi-wicking)理论，液体在其自身表面上的接触角为0°。相比之下，液体在弹性体上的接触角由一定的值θ给出。因此，具有一定分数φ_s的油的表面在其表面上的接触角可以使用以下方程得出：

cosθ*＝(1-φ_s)cosθ+φ_scos0° (7)。

因此，在测量接触角时使用嵌入弹性体内的油作为探针液体以得到表面上油的分数。嵌入有6种不同的油的VYTAFLEX 40^TM表面上的油的分数与涂层内油的量的关系示于图16中，通过其最大值进行归一化。该线表示经验最佳拟合。斜率是-0.7114并且y-截距设定成1.0。

将图15和图16的结果放在一起，函数形式是：

其中α是图16中的最佳拟合线的斜率。该模型的结果示于图17至图19中。

图17示出了填充有MCT的VYTAFLEX 40^TM的预测测量的、预测拟合的和实际的冰粘附强度。可以直接测量交联密度和φ_s的值，或者可以使用方程(8)进行拟合。

图18示出了填充有有机硅油的PDMS的预测测量的、预测拟合的和实际的冰粘附强度。

图19示出了填充有DIDA的PS聚合物的预测的和实际的冰粘附强度。由于不能容易地测量出交联密度，所以并不知道实际值。PS内DIDA的假定最大溶解度φ_s＝0.15。

该模型可以扩展到本文所讨论的线性聚合物，并因此，其交联密度的信息变得不需要。

线性聚合物

在另一些方面中，本公开内容预期了包含线性聚合物材料和一种或更多种增塑剂的限定暴露表面的耐久性疏冰材料，所述暴露表面沿着暴露表面没有任何连续的表面液体(例如，增塑剂)层。这些耐久性疏冰材料可以表现出与上述的先前实施方案相似的性能，包括表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa或者为上述的任意其他值，和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％或者任意先前所讨论的值。

合适的线性聚合物可以包括聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、其衍生物和共聚物。

线性聚合物的交联密度ρ^CL来自于物理缠绕而不是化学键。因此，与另一些实施方案中描述的疏冰弹性体材料不同，线性聚合物的ρ^CL可以通过添加增塑剂来高度调整。例如，用几种不同的增塑剂探究了两种常用的聚合物：聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)。示例性增塑剂包括己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)和邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP)。虽然这些增塑剂可以用作弹性体体系中的滑移剂，但是它们在其中的作用被认为是控制聚合物的硬度。只要线性聚合物与增塑剂的混溶性良好，就不会形成液体润滑表面层。例如，PS完全溶解在MCT和DIDA中。

PVC(M_w＝120,000或245,000，Scientific Polymer)以100mg/mL的浓度溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中。将不同量的增塑剂(DIDA，Fisher Scientific；MCT，JedwardsInternational；或者DUP，Sigma-Aldrich)添加到PVC溶液中，然后混合直到形成均匀溶液。然后将溶液滴涂到载玻片上并置于120℃烘箱中过夜以除去NMP。最终涂层是透明的并且厚度小于约500μm(溶液浓度的函数)。为了获得光滑的透明膜，该固化安排是优选的。通过使用THF代替NMP，喷涂聚合物溶液或在室温下固化来制造更粗糙和透明度更低的膜。这些膜的冰粘附总是大于使用上述优化方法固化的相同膜。

将PS(M_w＝50,000，Scientific Polymer)以500mg/mL的浓度溶解在甲苯中。向该溶液中以不同浓度添加DIDA和MCT。然后将膜滴涂在载玻片上，并使甲苯在80℃下过夜蒸发。最终膜为约1mm厚并且是透明的。类似的膜可以通过用50mg/mL的溶液喷涂或浸涂制成，最终厚度小于500μm。

图20至图21示出了关于经增塑的聚合物的冰粘附的多个研究的结果。图20示出了经不同浓度的三种不同增塑剂增塑的线性PVC的冰粘附强度。图21示出了经不同浓度的DIDA增塑的两种不同分子量(M_W＝120,000或245,000)的PVC的冰粘附强度。

图22示出了使经DIDA增塑的PVC固化对其冰粘附强度的影响。使用THF溶液导致PVC在固化期间从溶液中脱落，从而产生结晶区和粗糙度。使用NMP允许形成光滑的膜，其是透明的并因此是高度无定形的。注意，在增塑剂的浓度超过约50％之后，溶剂效应减弱，并且两种固化方法的冰粘附强度变为统计学相等的。

图23示出了用DIDA或MCT对PS进行增塑对冰粘附强度的影响，其中较大量的增塑剂导致较低的冰粘附强度。图24示出了根据DIDA浓度的PS与PVC之间的冰粘附强度减小的巨大差异。在PS中DIDA的浓度大于20％时，聚合物不再是固体。对于PVC，这仅仅在浓度>90％ DIDA时发生。

基于PDMS硅烷的疏冰材料

在又一些变型中，本公开内容预期了耐久性疏冰材料，其包含限定暴露表面的由PDMS-硅烷形成的硅烷化聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料，沿着暴露表面没有任何连续的表面液体层。与另一些实施方案相同，这些耐久性疏冰材料可以表现出与先前所述相似的性能，包括表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa或者为上述的任意其他值，和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度增加至比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％或者先前讨论的任意值。

通过用反应性PDMS物质处理表面，可以在不使用弹性体的情况下在形成在基底表面上的材料中能够实现界面滑移。因此，也可以在极硬表面上形成低的冰粘附水平。

在某些变型中，当本公开内容的疏冰材料为由PDMS-硅烷形成的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层的形式时，所述涂层的厚度可以大于或等于约1nm，任选地大于或等于约2nm，任选地大于或等于约3nm，任选地大于或等于约4nm，任选地大于或等于约5nm，任选地大于或等于约7nm，任选地大于或等于约10nm，并且在某些变型中，任选地大于或等于约15nm。在某些变型中，本公开内容的由PDMS-硅烷形成的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层形式的疏冰涂层材料的厚度可以任选地为大于或等于约1nm至小于或等于约20nm。

Si片原样使用。所研究的5种硅烷是二氯官能团的或者具有两个末端氯官能团，结构如图25所示，其中由“n”表示的链长可以为0至51。在某些优选的变型中，n为0、1、2、3至6和24至51。这些对应于203g/mol、277g/mol、351g/mol、425g/mol至650g/mol和2000g/mol至4000g/mol的分子量。5种硅烷全部购买自Gelest Inc。n＝0的结构被称为1,3-二氯四甲基二硅氧烷。n＝1的结构被称为1,5-二氯六甲基三硅氧烷。n＝2的结构被称为1,7-二氯八甲基四硅氧烷。n＝3至6的结构被称为氯封端的聚二甲基硅氧烷并且产品名为DMS-K05。n＝24至51的结构被称为氯封端的聚二甲基硅氧烷并且产品名为DMS-K13。为了沉积单层，采用了许多技术，其都取得了不同程度的成功。对于低分子量物质，简单地将片在200μL硅烷的封闭培养皿中放置小于约5分钟，得到部分反应的层。洗掉所有未反应的硅烷，重复该步骤，使得形成最好的单层，如图26所示。图26示出了经1,3-二氯四甲基二硅氧烷(n＝0的硅烷)处理的Si片所产生的水接触角。每次沉积持续3分钟，并且在各步骤之间用甲苯和异丙醇冲洗硅片以除去未反应的硅烷。这使得新鲜蒸气更容易与表面羟基反应。

其他成功的沉积方法包括在低真空下在80℃烘箱中反应2小时、4小时或过夜。

为了表明界面滑移导致低的冰粘附而不是低的表面能或小的接触角滞后，图27示出了冰粘附力与时间的曲线。更具体地，图27示出了关于经氟-硅烷(不会造成界面滑移)或PDMS-硅烷(造成界面滑移)硅烷化的两种硅片上的冰粘附的力与时间曲线。可以看出，随着时间推移，对于具有界面滑移的PDMS-硅烷，力保持相对稳定在11.4±3.3kPa，而F-硅烷在约20秒时增加到248±57kPa的峰值。

对这些经PDMS硅烷化的表面的低粘附不限于冰。对于具有界面滑移的经PDMS硅烷化的表面，也观察到某些固体(即，石蜡、氰基丙烯酸酯超强力胶和熟石膏(代表泥))的粘附急剧降低。图28至图29示出了PDMS-硅烷的链长如何影响固体的粘附。例如，在图28中，示出了这四种不同的固体材料对经三种不同分子量的PDMS硅烷处理的Si片的粘附。图29示出了相对于未处理Si片的粘附强度，四种不同的固体材料对经PDMS硅烷化的Si片的粘附。

经PDMS硅烷化的表面还具有其他用途，因为它们关于基本上所有的液体都表现出低的接触角滞后Δθ(前进接触角与后退接触角之差)，如图30所示。图30示出了经PDMS硅烷化的Si片上的前进接触角和后退接触角与探针液体的表面张力的关系。

出乎意料地，这甚至包括氟化溶剂，例如图31中所示的那些。图31示出了对于经两种不同链长(分子量M_N＝540或3000)的PDMS-硅烷硅烷化的Si片，七种不同氟化溶剂的接触角滞后。这种拒液性(liquid repellency)意味着如果改为并入这种硅烷，可以在不使用氟的情况下制造超全疏性的表面。

超全疏性的表面是表现出超疏水性和超疏油性的那些表面。与水和油的接触角θ自发接近0°的表面通常分别被认为是超亲水的和超亲油的，与水和油的接触角θ大于或等于约150°且具有低的接触角滞后(前进接触角与后退接触角之差)的表面通常分别被认为是超疏水的和超疏油的。

表现出与水或其他极性液体(例如，醇、二甲基甲酰胺等)的接触角θ小于或等于约90°的表面被认为是“亲水的”。如本文所使用的，表现出与水或其他极性液体(例如，醇、二甲基甲酰胺等)的接触角θ小于或等于约5°的表面被认为是“超亲水的”。

表现出与水或其他极性液体的接触角大于或等于约90°的表面被认为是“疏水的”。超疏水表面是表现出与水或其他预选极性液体的接触角大于或等于约150°以及低的接触角滞后(前进接触角θ_前与后退接触角θ_后之差)的那些表面。在某些变型中，“超疏水”表面与水或另一种极性液体的接触角大于或等于约150°。

表现出与油(预选参照油或其他非极性液体)的接触角θ小于或等于约90°的表面被认为是“亲油的”。“预选油”旨在包括任何油或感兴趣的油的组合。如本文所讨论的，在某些非限制性变型中，用于证明疏油性/亲油性的示例性预选油是菜籽油(RSO)。类似地，表现出与油(预选参照油或其他非极性液体)的接触角θ小于或等于约5°的表面被认为是“超亲油的”。

表现出与预选油的接触角大于或等于约90°的表面被认为是“疏油的”。超疏油表面是表现出与预选的低表面张力液体如代表油(例如菜籽油(RSO))的接触角大于或等于约150°以及低的接触角滞后的那些表面。

例如，具有氟化液体的凹入结构的结构化表面可以以Cassie-Baxter状态存在，如图32所示。在图32中，经1,3-二氯四甲基二硅氧烷(n＝0)处理的微石林是超全疏性的，甚至在不使用氟的情况下也是如此。十六烷(左上-HD)和全氟萘烷(右上-PFD)均表现出高的接触角和倾斜时的表面滚动。甚至是KRYTOX 105^TM(全氟聚醚润滑剂)也被这种表面排斥(底部)。

因此，本公开内容预期了耐久性疏冰材料，其包含表现出界面滑移的由PDMS-硅烷形成的硅烷化聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。耐久性疏冰材料对于各种极性或非极性液体(包括水和油)可以是全疏性的。在某些变型中，PDMS硅烷的分子量为大于或等于约200g/mol至小于或等于约5,000g/mol，任选地为大于或等于约200g/mol至小于或等于约4,000g/mol。

以上和本文中作为本公开内容的发明材料和发明方法的任选特征讨论和列举的所有可能的组合作为实施方案被具体公开。在多个方面中，本公开内容预期了限定暴露表面的耐久性疏冰材料，其中弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

在某些实施方案中，本公开内容预期了耐久性疏冰材料，其包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约1,300mol/m³的弹性体聚合物。弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。还具体地公开了包括任选地具有所列举特征(1)至(8)中的任一个或多于一个的任意组合的这种耐久性疏冰材料的组合。

第二实施方案的耐久性疏冰材料任选地具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(1)交联密度为大于或等于约5mol/m³至小于或等于约200mol/m³；(2)交联密度为大于或等于约20mol/m³至小于或等于约50mol/m³；(3)弹性体聚合物包含聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟聚醚(PFPE)、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氟化聚氨酯(FPU)的共聚物、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)的共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、豆油丙烯酸酯、聚苯乙烯、天然橡胶、硫化橡胶、合成橡胶、丁基橡胶、乳胶橡胶、聚氯丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、由乙烯丙烯二烯单体(EPDM)制成的弹性体、基于表氯醇的橡胶、有机凝胶、水凝胶、及其组合；(4)耐久性疏冰材料还包含与弹性体聚合物混溶并分布在弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的液体的任何层；(5)液体的熔点为小于或等于约32℉(0℃)且粘度为在40℃下大于或等于约5cP至大于或等于约10,000cP；(6)液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合；(7)初始冰粘附强度小于或等于约10kPa；和/或(8)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

在另一些方面中，本公开内容预期了耐久性疏冰制品，其包括制品的暴露表面。暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。在某些方面中，暴露表面包含交联密度小于或等于约1,300mol/m³的弹性体聚合物。

还具体公开了包括任选地具有所列举特征(9)至(15)中的任一个或多于一个的任意组合的耐久性疏冰制品的组合。该实施方案的耐久性疏冰制品具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(9)耐久性疏冰制品是飞机、车辆、船舶、户外设备、除雪或除冰设备、娱乐设备、风力涡轮机、电信设备、电力线及其组合中的组件；(10)制品的包含弹性体聚合物的暴露表面能够在至少100次结冰和除冰循环中防止在其上形成冰；(11)弹性体聚合物包含聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟聚醚(PFPE)、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氟化聚氨酯(FPU)的共聚物、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)的共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、豆油丙烯酸酯、聚苯乙烯、天然橡胶、硫化橡胶、合成橡胶、丁基橡胶、乳胶橡胶、聚氯丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、由乙烯丙烯二烯单体(EPDM)制成的弹性体、基于表氯醇的橡胶、有机凝胶、水凝胶、及其组合；(12)耐久性疏冰制品还包含与弹性体聚合物混溶并分布在弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中暴露表面没有形成在其上的液体的任何层；(13)液体的熔点小于或等于约32℉(0℃)且粘度为在40℃下大于或等于约5cP至大于或等于约10,000cP；(14)耐久性疏冰制品基本上由弹性体聚合物组成；和/或(15)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

在又一些实施方案中，本公开内容预期了耐久性疏冰材料，其包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物。弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物的暴露表面没有液体的任何层。

还具体地公开了包括任选地具有所列举特征(16)至(25)中的任一个或多于一个的任意组合的耐久性疏冰材料的组合。该实施方案的耐久性疏冰材料具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(16)耐久性疏冰材料还包含与基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物混溶并分布在基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的液体的任何层；(17)液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合；(18)交联密度小于或等于约50mol/m³；(19)基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物是亲水的；(20)基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物由第一前体、第二前体和第三前体形成，第一前体选自甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯及其组合，第二前体包含多元醇，第三前体选自二(乙基)甲苯二胺、二(甲硫基)甲苯二胺及其组合；(21)初始冰粘附强度小于或等于约25kPa；(22)在5,000次磨损测试循环之后的冰粘附强度保持小于或等于约50kPa；(23)在酸/碱暴露、腐蚀测试和剥离测试之后，冰粘附强度保持小于或等于约50kPa；(24)厚度为大于或等于约100μm至小于或等于约1,000μm；和/或(25)基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物对可见光谱中的电磁辐射是透明的。

在另一些方面中，本公开内容预期了耐久性疏冰材料，其包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性体聚合物。弹性体聚合物的暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。弹性体聚合物的暴露表面没有液体的任何层。

还具体地公开了包括任选地具有所列举特征(26)至(31)中的任一个或多于一个的任意组合的耐久性疏冰材料的组合。该实施方案的耐久性疏冰材料具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(26)耐久性疏冰材料还包含与弹性体聚合物混溶并分布在弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的液体的任何层；(27)液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合；(28)交联密度小于或等于约50mol/m³；(29)初始冰粘附强度小于或等于约25kPa；(30)厚度为大于或等于约100μm至小于或等于约1,000μm；和/或(31)弹性体聚合物由具有第一部分和第二部分的两部分PDMS硅氧烷前体形成，第一部分包含四(三甲基硅烷氧基)硅烷、二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅、和二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷，第二部分包含二甲基甲基氢硅氧烷、二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、和二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅。

在另一些实施方案中，耐久性疏冰材料包含通过使PDMS-硅烷与基底反应而形成的表现出界面滑移的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层。PDMS涂层的暴露表面是全疏性的，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。PDMS涂层的暴露表面没有液体的任何层。

还具体地公开了包括任选地具有所列举特征(32)至(35)中的任一个或多于一个的任意组合的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层的组合。该实施方案的含聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层的耐久性疏冰材料具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(32)PDMS-硅烷具有两个末端氯官能团并且由以下结构表示：

其中n为0至51；(33)PDMS-硅烷选自：1,3-二氯四甲基二硅氧烷、1,5-二氯六甲基三硅氧烷、1,7-二氯八甲基四硅氧烷、其中n＝3至6的氯封端的聚二甲基硅氧烷、其中n＝24至51的氯封端的聚二甲基硅氧烷、及其组合；(34)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约50kPa；和/或(35)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

在又一些方面中，提供了耐久性疏冰材料，其限定包含线性聚合物和一种或更多种增塑剂的暴露表面。线性聚合物的暴露表面没有液体或增塑剂的任何层，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

还具体地公开了包括任选地具有所列举特征(36)至(37)中的任一个或多于一个的任意组合的耐久性疏冰材料的组合。该实施方案的耐久性疏冰材料具有以下特征中的任一个或多于一个的任意组合：(36)线性聚合物选自：聚苯乙烯、聚(乙烯基)氯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、及其组合；和/或(37)一种或更多种增塑剂选自：己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)、邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP)、及其组合。

在又一些方面中，本公开内容提供了制造耐久性疏冰制品的方法，所述方法包括将弹性体聚合物的前体施加在基底上。所述方法还包括使前体固化和/或交联以形成交联密度小于或等于约1,300mol/m³的耐久性弹性体聚合物。弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

还具体地公开了包括任选地具有所列举步骤或特征(38)至(42)中的任一个或多于一个的任意组合的该方法的组合。用于形成耐久性疏冰材料的方法任选地具有以下步骤或特征中的任一个或多于一个的任意组合：(38)在固化之后引入与弹性体聚合物混溶的液体以使得弹性体聚合物中的链能够界面滑移，其中弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层；(39)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约50kPa；(40)在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa；(41)弹性体聚合物包含PDMS弹性体，并且所述前体是具有第一部分和第二部分的两部分PDMS硅氧烷前体，第一部分包含四(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅、和二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷，第二部分包含二甲基甲基氢硅氧烷、二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、和二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅；和/或(42)弹性体聚合物包含基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物，并且所述前体进一步包括第一前体、第二前体和第三前体，第一前体选自甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯及其组合，第二前体包含多元醇，第三前体选自二(乙基)甲苯二胺、二(甲硫基)甲苯二胺及其组合。

在另一些方面中，本公开内容还提供了制造耐久性疏冰制品的方法，其包括将聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷前体施加在基底上，以及使PDMS-硅烷前体反应以形成含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的耐久性疏冰涂层，所述耐久性疏冰涂层具有界面滑移，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa并且在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。耐久性疏冰涂层的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

还具体地公开了包括任选地具有所列举步骤或特征(43)至(47)中的任一个或多于一个的任意组合的该方法的组合。用于制备耐久性疏冰材料的方法任选地具有具有以下步骤或特征中的任一个或多于一个的任意组合：(43)PDMS-硅烷前体具有两个末端氯官能团并且由以下结构表示：

其中n为0至51；(44)PDMS-硅烷前体选自：1,3-二氯四甲基二硅氧烷、1,5-二氯六甲基三硅氧烷、1,7-二氯八甲基四硅氧烷、其中n＝3至6的氯封端的聚二甲基硅氧烷、其中n＝24至51的氯封端的聚二甲基硅氧烷、及其组合；(45)耐久性疏冰涂层在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约50kPa；(46)耐久性疏冰涂层在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa；和/或(47)耐久性疏冰涂层的厚度为大于或等于约1nm至小于或等于约20nm。

出于说明和描述的目的，提供了实施方案的前述描述。其并不旨在穷尽或限制本公开内容。特定实施方案的每个要素或特征一般不限于该特定实施方案，而是在可应用的情况下是可互换的并且可以用在所选实施方案中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式变化。这样的变化方案不被认为是背离本公开内容，并且所有这样的修改旨在被包含于本公开内容范围内。

Claims

1.一种耐久性疏冰材料，包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物的所述暴露表面没有液体的任何层。

2.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，还包含与所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物混溶并分布在所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物中的能够实现界面滑移的液体，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面没有形成在其上的所述液体的任何层。

3.根据权利要求2所述的耐久性疏冰材料，其中所述液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合。

4.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中所述交联密度小于或等于约50mol/m³。

5.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物是亲水的。

6.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物由第一前体、第二前体和第三前体形成，所述第一前体选自甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯及其组合，所述第二前体包含多元醇，所述第三前体选自二(乙基)甲苯二胺、二(甲硫基)甲苯二胺及其组合。

7.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中所述初始冰粘附强度小于或等于约25kPa。

8.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中在5,000次磨损测试循环之后，冰粘附强度保持小于或等于约50kPa。

9.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中在酸/碱暴露、腐蚀测试和剥离测试之后，冰粘附强度保持小于或等于约50kPa。

10.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其厚度为大于或等于约100μm至小于或等于约1,000μm。

11.根据权利要求1所述的耐久性疏冰材料，其中所述基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物对可见光谱中的电磁辐射是透明的。

12.一种耐久性疏冰材料，包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约200mol/m³的包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的弹性体聚合物，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约50kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，所述弹性体聚合物的所述暴露表面没有液体的任何层。

13.根据权利要求12所述的耐久性疏冰材料，还包含与所述弹性体聚合物混溶并分布在所述弹性体聚合物中的能够实现界面滑移的液体，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面没有形成在其上的所述液体的任何层。

14.根据权利要求13所述的耐久性疏冰材料，其中所述液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合。

15.根据权利要求12所述的耐久性疏冰材料，其中所述交联密度小于或等于约50mol/m³。

16.根据权利要求12所述的耐久性疏冰材料，其中所述初始冰粘附强度小于或等于约25kPa。

17.根据权利要求12所述的耐久性疏冰材料，其厚度为大于或等于约100μm至小于或等于约1,000μm。

18.根据权利要求12所述的耐久性疏冰材料，其中所述弹性体聚合物由具有第一部分和第二部分的两部分PDMS硅氧烷前体形成，所述第一部分包含四(三甲基硅烷氧基)硅烷、二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅、和二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷，所述第二部分包含二甲基甲基氢硅氧烷、二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、和二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅。

19.一种耐久性疏冰材料，包含限定暴露表面且交联密度小于或等于约1,300mol/m³的弹性体聚合物，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

20.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，其中所述交联密度为大于或等于约5mol/m³至小于或等于约200mol/m³。

21.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，其中所述交联密度为大于或等于约20mol/m³至小于或等于约50mol/m³。

22.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，其中所述弹性体聚合物包含聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟聚醚(PFPE)、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氟化聚氨酯(FPU)的共聚物、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)的共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、豆油丙烯酸酯、聚苯乙烯、天然橡胶、硫化橡胶、合成橡胶、丁基橡胶、乳胶橡胶、聚氯丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、由乙烯丙烯二烯单体(EPDM)制成的弹性体、基于表氯醇的橡胶、有机凝胶、水凝胶、及其组合。

23.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，还包含与所述弹性体聚合物混溶并分布在所述弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中所述弹性体聚合物的所述暴露表面没有形成在其上的所述液体的任何层。

24.根据权利要求23所述的耐久性疏冰材料，其中所述液体的熔点小于或等于约32℉(0℃)，粘度为在40℃下大于或等于约5cP至大于或等于约10,000cP。

25.根据权利要求23所述的耐久性疏冰材料，其中所述液体选自：聚二甲基硅氧烷(PDMS)油、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)油、全氟醚油、天然油、合成油、及其组合。

26.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，其中所述初始冰粘附强度小于或等于约10kPa。

27.根据权利要求19所述的耐久性疏冰材料，其中在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

28.一种耐久性疏冰制品，包括：

所述制品的暴露表面，所述暴露表面包含交联密度小于或等于约1,300mol/m³的弹性体聚合物，其中所述暴露表面上的所述弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，所述暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

29.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，其中所述耐久性疏冰制品是飞机、车辆、船舶、户外设备、除雪或除冰设备、娱乐设备、风力涡轮机、电信设备、电力线及其组合中的组件。

30.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，其中所述制品的包含所述弹性体聚合物的所述暴露表面能够在至少100次结冰和除冰循环中防止在其上形成冰。

31.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，其中所述弹性体聚合物包含聚氨酯(PU)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、全氟聚醚(PFPE)、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)、聚甲基苯基硅氧烷(PMPS)、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和氟化聚氨酯(FPU)的共聚物、异氰酸酯官能化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)的共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、豆油丙烯酸酯、聚苯乙烯、天然橡胶、硫化橡胶、合成橡胶、丁基橡胶、乳胶橡胶、聚氯丁二烯、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、由乙烯丙烯二烯单体(EPDM)制成的弹性体、基于表氯醇的橡胶、有机凝胶、水凝胶、及其组合。

32.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，还包含与所述弹性体聚合物混溶并分布在所述弹性体聚合物中以能够实现界面滑移的液体，其中所述暴露表面没有形成在其上的所述液体的任何层。

33.根据权利要求32所述的耐久性疏冰制品，其中所述液体的熔点小于或等于约32℉(0℃)，粘度为在40℃下大于或等于约5cP至大于或等于约10,000cP。

34.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，基本上由所述弹性体聚合物组成。

35.根据权利要求28所述的耐久性疏冰制品，其中在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

36.一种耐久性疏冰材料，包含通过使聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷与基底反应而形成的表现出界面滑移的PDMS涂层，其中所述PDMS涂层的暴露表面是全疏性的，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

37.根据权利要求36所述的耐久性疏冰材料，其中所述PDMS-硅烷具有两个末端氯官能团并且由以下结构表示：

其中n为0至51。

38.根据权利要求36所述的耐久性疏冰材料，其中所述PDMS-硅烷选自：1,3-二氯四甲基二硅氧烷、1,5-二氯六甲基三硅氧烷、1,7-二氯八甲基四硅氧烷、其中n＝3至6的氯封端的聚二甲基硅氧烷、其中n＝24至51的氯封端的聚二甲基硅氧烷、及其组合。

39.根据权利要求36所述的耐久性疏冰材料，其厚度为大于或等于约1nm至小于或等于约20nm。

40.一种耐久性疏冰材料，限定包含线性聚合物和一种或更多种增塑剂的暴露表面，其中所述线性聚合物的所述暴露表面没有液体或增塑剂的任何层，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

41.根据权利要求40所述的耐久性疏冰材料，其中所述线性聚合物选自：聚苯乙烯、聚(乙烯基)氯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、及其组合。

42.根据权利要求40所述的耐久性疏冰材料，其中所述一种或更多种增塑剂选自：己二酸二异癸酯(DIDA)、中链甘油三酯(MCT)、邻苯二甲酸双十一烷基酯(DUP)、及其组合。

43.一种制备耐久性疏冰制品的方法，包括：

将弹性体聚合物的前体施加在基底上；以及

使所述前体固化和/或交联以形成交联密度小于或等于约1,300mol/m³的耐久性弹性体聚合物，其中所述耐久性弹性体聚合物表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％。

44.根据权利要求43所述的方法，还包括在所述固化之后引入与所述耐久性弹性体聚合物混溶的液体，以使得所述耐久性弹性体聚合物中的链能够界面滑移，其中所述耐久性弹性体聚合物的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

45.根据权利要求43所述的方法，其中所述耐久性弹性体聚合物在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

46.根据权利要求43所述的方法，其中所述前体是具有第一部分和第二部分的两部分PDMS硅氧烷前体，所述第一部分包含四(三甲基硅烷氧基)硅烷、二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅、和二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷，所述第二部分包含二甲基甲基氢硅氧烷、二甲基乙烯基封端的二甲基硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、和二甲基乙烯基化和三甲基化的二氧化硅。

47.根据权利要求43所述的方法，其中所述耐久性弹性体聚合物包含基于氨基甲酸酯的弹性体聚合物，所述前体还包括第一前体、第二前体和第三前体，所述第一前体选自甲苯二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4′-二异氰酸酯及其组合，所述第二前体包含多元醇，所述第三前体选自二(乙基)甲苯二胺、二(甲硫基)甲苯二胺及其组合。

48.一种制备耐久性疏冰制品的方法，包括：

将聚二甲基硅氧烷(PDMS)-硅烷前体施加在基底上；以及

使所述PDMS-硅烷前体反应以形成包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)的耐久性疏冰涂层，所述耐久性疏冰涂层具有界面滑移，并且表现出在暴露于结冰条件之前的初始冰粘附强度小于或等于约100kPa和在10次结冰和除冰条件循环之后的冰粘附强度比所述初始冰粘附强度高出小于或等于约50％，其中所述耐久性疏冰涂层的暴露表面没有形成在其上的自由液体的任何层。

49.根据权利要求48所述的方法，其中所述PDMS-硅烷前体具有两个末端氯官能团并且由以下结构表示：

其中n为0至51。

50.根据权利要求48所述的方法，其中所述PDMS-硅烷前体选自：1,3-二氯四甲基二硅氧烷、1,5-二氯六甲基三硅氧烷、1,7-二氯八甲基四硅氧烷、其中n＝3至6的氯封端的聚二甲基硅氧烷、其中n＝24至51的氯封端的聚二甲基硅氧烷、及其组合。

51.根据权利要求48所述的方法，其中所述耐久性疏冰涂层在10次结冰和除冰循环之后的冰粘附强度小于或等于约25kPa。

52.根据权利要求48所述的方法，其中所述耐久性疏冰涂层的厚度为大于或等于约1nm至小于或等于约20nm。