基于表面活性剂微调控的S+Co3O4/GNs复合材料吸波性能研究

为解决PET织物在低温环境下易结冰、传统防冰涂层耐久性不足的问题，研究人员通过Fe2O3/I-PDMS复合涂层设计，开发出具有零下温度自修复功能的光热超疏水PET织物。该材料经1000次磨损或60次洗涤后，仅需-20°C环境48小时即可恢复超疏水性，兼具自清洁、油水分离和抗结冰性能，为极地防护等极端环境应用提供新方案。

　　

在极地探险、航空航天等极端环境中，普通聚乙烯 terephthalate（PET）织物表面结冰会引发设备故障和安全隐患。传统防冰涂层虽能短暂缓解问题，却面临两大技术瓶颈：一是低温下光热转换效率骤降，冬季弱光照（0.1太阳辐照度）时无法快速除冰；二是机械损伤后无法自主修复，导致功能持续性不足。这些缺陷严重制约了材料在极寒环境中的实际应用。

安徽工程大学纺织面料安徽省重点实验室的徐清波团队创新性地将光热效应与动态化学键结合，通过三步法构建多功能PET织物：首先对PET基底进行碱减量处理暴露出羧基/羟基，随后通过静电吸附固定Fe₂O₃纳米颗粒作为光热转换介质，最后用苯-1,3,5-三甲醛（BTC）交联氨基封端聚二甲基硅氧烷（NH₂-PDMS-NH₂）形成具有动态亚胺键的I-PDMS保护层。这种"无机-有机"杂化策略使材料在《Materials Today Communications》发表的成果中展现出突破性性能。

研究团队主要采用碱减量表面活化、原位还原沉积和溶液浸渍涂覆三大关键技术。通过调控FeCl₃·6H₂O浓度（0.11 mol/L）和反应温度（60°C）优化Fe₂O₃负载量，利用THF溶剂促进BTC与NH₂-PDMS-NH₂的席夫碱反应构建动态共价网络。

制备机理分析
X射线光电子能谱证实碱处理后的PET表面氧元素含量提升42%，为Fe³⁺吸附提供锚定位点。红外光谱在1720 cm^-1处出现亚胺键特征峰，证明I-PDMS成功合成。扫描电镜显示Fe₂O₃颗粒均匀分布在纤维表面形成微纳复合结构，接触角测试显示初始水接触角达162°。

低温自修复性能
在-20°C模拟极寒环境中，受损涂层通过三重机制自修复：（1）PDMS分子链段运动（T_g<-120°C）带动表面重构；（2）亚胺键动态交换重组；（3）Fe₂O₃光热效应（1 kW/m²辐照下升温58°C）加速修复动力学。经1000次砂纸磨损后，材料仅需48小时即恢复超疏水性，较传统PDMS涂层效率提升300%。

多功能应用验证
油水分离实验中，改性PET织物对柴油的分离效率达99.2%；抗结冰测试显示水滴冻结时间延迟至2860秒，是原始PET的15倍；在1 cm/s风速下仍能保持稳定的光热除冰性能，冰层脱落时间<30秒。

该研究开创性地解决了低温环境自修复材料的设计难题：通过PDMS的极低玻璃化转变温度和亚胺键的动态特性，突破传统自修复材料在低温下的分子运动限制；Fe₂O₃的光热效应与超疏水结构的协同作用，实现"损伤-修复-功能"闭环调控。这种策略为开发适应极端环境的新型智能纺织品提供了范式，在极地科考装备、新能源系统防冻等领域具有重要应用价值。