基于原位PDA聚合与PDMS刷接枝的稳健透明光热防冰涂层研究

本文报道了一种通过原位聚多巴胺（PDA）聚合和聚二甲基硅氧烷（PDMS）刷接枝制备透明光热防冰涂层的简便策略。该涂层在1个太阳光照（1 sun）下可在-20°C环境中实现26.2°C的温升，同时保持64.8%@550 nm的透光率，并兼具疏油、自清洁、低冰附着力和耐磨（耐9000次摩擦循环）等特性，为极端环境下的光学设备防冰提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究通过简便的原位PDA聚合和PDMS刷接枝技术，成功开发出兼具透明度、光热效应和机械稳定性的多功能防冰涂层。PDA层不仅高效吸收太阳能（1 sun照射下温升达26.2°C），其丰富的儿茶酚基团更为PDMS刷提供了锚定位点；PDMS刷的引入显著降低了表面摩擦系数（COF～0.1），并赋予涂层优异的耐磨性（可承受9000次摩擦循环）。该策略为透明光热防冰涂层的实际应用提供了新思路。

材料

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，厚度0.1 mm）购自东莞乐瑞塑料有限公司。盐酸多巴胺（98%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。三羟甲基氨基甲烷（Tris，99.9%）购自上海麦克林生化科技股份有限公司。α-丁基二甲基硅氧基-ω-3-甲基丙烯酰氧丙基聚硅氧烷（PDMS）购自道康宁公司。3-巯丙基三甲氧基硅烷（KH590，97%）购自J&K化学有限公司。其他化学试剂均为分析纯，直接使用未进一步纯化。

PDA_n@PDMS涂层的制备

图1a展示了PDA@PDMS涂层的制备流程。洁净的PET薄膜先经氧等离子体处理，随后浸入4 mg/mL盐酸多巴胺溶液（10 mM Tris-HCl缓冲液，pH 8.5）中，于25°C温和搅拌特定时间。PDA沉积过程中，溶液内形成的低聚物通过氢键、π-π堆积和儿茶酚介导的相互作用吸附于基底表面，随后发生表面聚合形成PDA涂层。通过调控沉积时间（n小时，标记为PDA_n），可精确调控涂层厚度与性能。之后，通过巯基-烯点击化学反应将PDMS刷接枝到PDA表面，形成最终的PDA_n@PDMS涂层。

结论

本研究通过原位聚多巴胺（PDA）聚合及PDMS刷接枝，成功制备出透明、光热且机械稳健的防冰涂层。PDA层兼具光热转换与PDMS锚定功能，PDMS刷则赋予涂层低冰附着力与增强的耐久性。通过调控沉积时间，可平衡涂层透明度与光热效率，最佳性能的PDA₂₄@PDMS涂层在1 sun照射下于-20°C环境实现26.2°C温升，透光率达64.8%@550 nm，且耐磨性显著提升（耐受9000次摩擦循环）。该策略为透明光热防冰涂层的实际应用提供了可行方案。