低温自修复光热超疏水PET织物的仿生构建及其在极地防护中的应用研究

为解决传统PET织物在低温环境下易结冰、现有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-20℃自修复功能的光热超疏水PET织物。该材料经1000次磨损或60次洗涤后仍能通过低温触发动态亚胺键重组恢复性能，兼具油水分离和高效光热除冰功能，为极地防护装备提供了创新解决方案。

　　

在极地探险和寒冷地区作业中，普通纺织品的结冰问题可能引发致命风险——冰层积累不仅增加负重，还会导致热量流失和机械性能劣化。传统解决方案如电加热或化学防冰剂存在能耗高、污染大等缺陷，而现有超疏水涂层又面临低温下Cassie-Baxter状态失稳、光热转换效率不足的困境。更棘手的是，-20℃以下的极端环境会抑制分子链运动，使常规自修复材料完全失效。

安徽工程大学纺织服装学院的研究团队独辟蹊径，从自然界北极熊毛发的光热效应和贻贝自修复机制获得灵感，在《Materials Today Chemistry》发表突破性成果。他们通过三步法创新工艺：首先对PET织物碱减量处理引入活性基团，再通过原位还原固定Fe₂O₃纳米颗粒，最后用苯三甲醛(BTC)交联氨基硅油(NH₂-PDMS-NH₂)形成动态亚胺键网络。这种仿生设计巧妙结合了无机光热材料与有机自修复聚合物的优势，攻克了低温环境材料功能再生的世界性难题。

关键技术包括：1) 静电吸附辅助原位还原构建Fe₂O₃纳米结构；2) 动态亚胺键(I-PDMS)低温重组技术；3) 多尺度粗糙度协同调控策略。研究选用市售PET机织布为基底，通过对比实验优化各工艺参数。

【制备机理分析】
XPS和FTIR证实碱处理使PET表面羧基密度提升3.8倍，为Fe₂O₃锚定提供活性位点。SEM显示Fe₂O₃颗粒以200-500nm粒径均匀分布，与I-PDMS形成"鹅卵石-水泥"复合结构，接触角达162°。

【性能表征】
在0.1太阳光照强度(模拟极地冬季)下，涂层表面温度10分钟内升至58℃，融冰速度比传统涂层快6倍。经液氮淬火-加热循环测试，亚胺键重组使水接触角恢复率保持在95%以上，而对照组PDMS无自修复能力。

【应用验证】
油水分离效率达99.2%，且经60次洗涤后分离效率仅下降2.3%。摩擦实验表明，受损涂层在-20℃存放48小时后，因NH₂-PDMS-NH₂分子链段运动性和亚胺键动态交换协同作用，超疏水性完全恢复。

该研究突破性地实现了三大功能集成：1) 极弱光照(0.1sun)下的高效光热转换；2) 无需外场激励的低温自修复；3) 工业化可扩展的溶液加工工艺。这种"损伤-修复-功能"闭环系统为智能防护材料设计提供了新范式，不仅适用于极地科考服，在新能源领域如风力发电机防冰叶片、光伏板自清洁涂层等方面同样具有重大应用前景。正如通讯作者Qingbo Xu强调的，这种将动态化学与仿生光热相结合的策略，为开发下一代环境自适应材料开辟了新途径。