光捕获型超疏水智能涂层：基于可切换润湿性实现低温防冰/除冰与高温过热调控的双功能突破

为解决极端温度环境下材料表面冰层堆积与高温过热的双重挑战，四川科研团队通过改性TiO2与多壁碳纳米管(MWCNTs)构建具有光热转换能力的超疏水涂层(PSTM)。该涂层展现161.5°接触角(CA)和7.7°滑动角(SA)，在-15℃可延迟结冰19倍，283秒内实现光热除冰，并通过UV调控实现超疏水(CA 161.5°)-亲水(降温53.8℃)的可逆转换，为智能表面材料开发提供新范式。

　　

寒冬时节，飞机机翼结冰可能导致空难，输电线路覆冰会引发大面积停电，这些由表面结冰引发的安全隐患每年造成数百亿元经济损失。传统机械除冰不仅效率低下，电热除冰又面临能耗过高难题。更棘手的是，现有超疏水防冰材料(SHS)在长期低温下仍会失效，而新兴的光热除冰材料在夏季又面临表面过热风险——这就像给材料装上了无法关闭的"加热器"。如何让材料像北极熊皮毛般拒冰于千里之外，又能像变色龙皮肤般智能调节温度？四川的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表的突破性研究给出了答案。

研究团队采用简易喷涂法，将疏水改性TiO₂纳米颗粒(S-TiO₂)与MWCNTs复合，构建出具有多级粗糙结构的超疏水光热涂层(PSTM)。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证改性效果，扫描电镜(SEM)表征微观形貌，接触角测量仪评估润湿性，并搭建低温结冰/光热除冰实验平台系统验证性能。特别设计了UV照射实验实现润湿性可逆转换，结合红外热像仪监测温度变化。

【微观形态与润湿性分析】
FTIR光谱显示1710 cm^-1处新增酯基峰，证实TiO₂成功接枝硬脂酸。SEM显示S-TiO₂与MWCNTs形成"凹坑-凸起"双重结构，使涂层获得161.5°的超高接触角。这种结构使水滴在-15℃仍能弹跳离开，结冰延迟时间达裸基底的19倍。

【光热除冰性能】
MWCNTs赋予涂层宽光谱吸收能力，在1 kW/m²模拟太阳光下，表面温度5分钟内升至89.7℃，仅需283秒即融化表面冰层。涂层对可见-近红外光吸收率达92.3%，远超传统光热材料。

【润湿性智能转换】
30分钟UV照射触发TiO₂光催化亲水转变，接触角降至32°，此时表面水膜蒸发带走大量热量，实现53.8℃的主动降温。停止照射后，表面在12小时内恢复超疏水性，循环20次后仍保持性能稳定。

这项研究开创性地将被动防冰与主动除冰策略相结合，通过"光捕获"结构设计突破传统光热材料效率瓶颈，更首次实现单一涂层对极端温度的双向智能响应。其环保无氟配方克服了传统含氟材料的生物累积风险，简易喷涂工艺则便于大规模应用。该技术不仅可解决飞机、风电等领域的防冰难题，其温控机制还为智能建筑、电子设备散热等领域提供新思路。正如审稿人所言："这项工作重新定义了表面功能材料的性能边界"。

研究团队在讨论中指出，未来可通过优化MWCNTs分散性进一步提升光热效率，并探索其他刺激响应型润湿性转换机制。该成果已申请中国发明专利，并与风电企业开展合作试验，预计三年内实现产业化应用。这项源自中国的基础研究突破，正为全球极端环境下的材料挑战提供创新解决方案。