低温自修复光热超疏水PET织物的制备及其多功能性能研究

为解决传统PET织物在低温环境下易结冰、抗冰涂层耐久性不足的问题，研究人员通过将Fe2O3颗粒与动态亚胺键交联的I-PDMS聚合物复合，开发出具有-20℃自修复能力的光热超疏水PET织物。该材料经1000次磨损或60次洗涤后，仅需48小时低温暴露即可恢复超疏水性，兼具自清洁、油水分离和抗冰/除冰功能，为极地防护等极端环境应用提供了创新解决方案。

　　

在极地探险、高空作业等极端环境中，普通聚乙烯 terephthalate（PET）织物表面结冰会显著增加装备重量、加速热量流失，甚至引发安全隐患。尽管超疏水涂层与光热材料的结合为抗冰提供了新思路，但现有技术仍面临两大瓶颈：一是低温高湿环境下涂层稳定性差，二是缺乏动态损伤后的自修复能力。当温度低于零度时，分子链运动受限，传统自修复材料难以发挥作用，而光热材料在弱光照条件下的低效转化更让问题雪上加霜。

安徽工程大学纺织服装学院的研究团队独辟蹊径，从自然界中获取灵感，将三氧化二铁（Fe₂O₃）的光热转化特性与动态亚胺键（Imine bond）的低温响应特性相结合，开创性地制备出具有自修复功能的光热超疏水PET织物。这项发表于《Materials Today Communications》的研究，通过碱减量处理在PET表面引入羧基/羟基，利用静电吸附固定Fe³⁺并原位还原为Fe₂O₃纳米颗粒，最后涂覆由苯-1,3,5-三甲醛（BTC）与氨基封端聚二甲基硅氧烷（NH₂-PDMS-NH₂）交联形成的I-PDMS聚合物，构建出多功能复合涂层。

研究团队采用三步法制备功能织物：首先通过碱处理活化PET表面，随后利用原位还原法锚定Fe₂O₃纳米颗粒，最后通过动态亚胺键交联形成具有低温响应性的I-PDMS涂层。通过接触角测试、光热转换效率测定和低温自修复实验等系统评估性能。

制备机理分析
X射线光电子能谱（XPS）证实碱处理后的PET表面成功引入-COOH/-OH基团，Fe₂O₃纳米颗粒通过Fe-O键稳定结合。扫描电镜显示I-PDMS涂层形成典型的微纳分级结构，接触角达162°，滚动角仅3°。

自修复性能验证
在-20℃环境下，受损涂层因NH₂-PDMS-NH₂的低玻璃化转变温度（T_g≈-120℃）和亚胺键的动态交换，48小时内接触角从132°恢复至158°。分子动力学模拟表明，低温下亚胺键仍保持0.12 nm/ps的键交换速率。

多功能应用展示
1.5太阳光照射下，织物表面温度5分钟内升至68℃，冰层附着强度降低89%；油水分离效率达98.7%；经1000次Martindale磨损后，水接触角仍保持152°。

这项研究突破性地解决了超疏水材料在极端环境下的功能维持难题。通过巧妙结合Fe₂O₃的光热效应与亚胺键的动态特性，实现了"损伤-修复-功能"的闭环系统。该技术不仅适用于极地装备，在智能温控服装、新能源系统防结冰等领域同样具有广阔前景。正如通讯作者徐清波特别指出："这种低温自修复机制就像给材料装上了'分子级修复机器人'，即便在严寒环境下也能自动恢复防护功能。"研究团队正在探索将该技术拓展至其他合成纤维基质，以应对更复杂的实际应用场景。