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Peng, S.; Xiao, X.; Wei, J.; Wang, J. Superhydrophobic Coating with Electro-Photo-Thermal Conversion Properties for All-Weather Anti-Icing. Sol. Energy 2024, 270, 112384, doi:10.1016/j.solener.2024.112384.

室外结冰是一种不可避免的现象，给人类生活带来不便。目前，采用主动和被动相结合的方式开发的防冰涂料通常面临着太阳能供应不稳定或电能消耗过多的问题。将光热转换与电热性能相结合可以产生更节能、可控且持久的防冰/除冰涂层。因此，本研究利用多壁碳纳米管（MWCNT）和聚吡咯（PPy）制备了具有电热、光热和超疏水性能的复合涂层。由于高接触角(156°)和低滑动角(8°)，水滴在涂层表面冻结的时间比裸露基材长14倍。基于惊人的光吸收率（97.33%）和优异的电热性能（95.7℃），在1个太阳照射或0.20W·cm^-2电功率密度输入下，涂层表面不会形成冰或霜。该涂层具有自洁性、低温疏水性、耐磨性和耐腐蚀性，显示出广阔的应用前景。

图1. (a)PPy颗粒制备过程示意图。(b)混合溶液制备工艺示意图。(c)光热混合溶液制备过程示意图。(d)五氯苯酚样品制备过程示意图。

图2. (a)PC和(b、c)PCP的SEM图像。(d-f)PC和(g)PCP横截面的SEM图像。(h-m)PCP横截面的EDS谱。(n)Al的CA、PC样品的CA、PCP的CA和SA。

图3. (a)冻结过程和(b)水滴在不同表面上的冻结时间。(c)在不同基质上施用五氯苯酚前后地表水滴的冻结时间。

图4. 模拟了在不同太阳光照射。(a)0.5个太阳，(b)1个太阳和(c)2个太阳下样品的温度曲线。(d)不同日光照射600 s后样品表面的模拟红外图像。(e)五氯苯酚和五氯苯酚的紫外-可见-近红外吸收光谱和太阳光谱辐照度。(f)采用循环光照法模拟了PCP在1个太阳照射下的升温/降温曲线。AM1.5：AM1.5光谱（即，在晴朗的天空下，正午的阳光，0.10 W·cm^-2）通常用作测试地面应用中热效率的标准光源。

图5. (a)在不同的表面上通过阳光解冻。(b)模拟了太阳光照射下冻结在不同表面上的水滴的融化过程。(c)不同表面在？10℃的环境下使用1个太阳来模拟太阳光照射后的表面温度。

图6. (a)不同放电功率密度下PCP的电热过程曲线。(b)五氯苯酚在不同的微波功率密度下300s的红外摄像机图像。(c)换热器传热模型示意图。(d)在不同EPD下，PCP在循环加热/冷却过程中的温度变化。

图7. (a)在-10℃下对不同表面进行结霜处理0.5小时。(b)PCP在不同EPD下的表面温度。(c)在0.20 W·cm^？2的EPD下，五氯苯酚表面的除霜。

图8. 不同条件下液滴对五氯苯酚表面的撞击行为：(a)29℃，(b)？10℃，(c)？10℃+1个太阳，(d)？10℃ 0.20W·cm^？2EPD。

图9. (a)PCP表面模拟自清洁过程。(b)涂层表面上不同液滴（咖啡、牛奶、可乐、HCl、水和NaOH）的照片。五氯苯酚分别浸入。(c)酸性溶液、(d)碱性溶液和(e)水中的图像。(f)在不同液滴中浸泡前和进入不同液滴后5h，对PCP进行CA。(g)水冲击和摩擦前后PCP上的CA（#为砂纸目数的单位）。

结论:综上所述，成功制备了一种具有电光热转换性能的新型超疏水涂层。为了提高PCP的被动防冰性能，通过制备一种类似于“山和巨石”的结构，构建了PCP的低表面能粗糙微/纳米结构，该结构具有优异的超疏水性（CA≥156μm，SA≤8μm），延长了冰的成核和生长时间（PCP的延迟冻结时间是裸铝衬底的14倍）。由于表面PPy颗粒显著的光吸收和转换机制，在1个太阳模拟太阳照射下，表面温度可达92.3℃，实现60s除冰和360s除冰。在0.20W·cm-2的EPD输入下，由具有三维导电网络结构的MWCNT组成的导电层可以使PCP涂层的表面温度高达95.7℃。在环境温度为？10℃时，表面温度达到14.3℃，持续的功率输入使表面保持无霜，并在120s后将其解冻。同时，自清洁、水冲击和摩擦测试进一步证实了涂层的耐久性，更有利于全天候户外实际应用。但即使如此，太阳能电池的大规模应用仍会受到太阳能电池数量的限制，而且太阳能电池的光热性能也会受到天气变化的影响。因此，寻找更容易安装电极和消耗更少能量的涂层仍然是优先事项。

原文链接：

 https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112384

相应的成果以“Superhydrophobic coating with electro-photo-thermal conversion properties for all-weather anti-icing”为题发表在Solar Energy上。文章通讯作者为西华大学材料科学与工程学院王剑教授。

来源：超疏水防冰表面研究站