合肥工业大学赵玉顺副教授ACS Applied Materials & Interfaces: 具有超疏水防冰和光热除冰性能的多功能Ti3C2Tx MXene复合涂层

引用格式：

Zhao Y, Cheng Y, et al. Multifunctional Ti3C2Tx MXene-Based Composite Coatings with Superhydrophobic Anti-icing and Photothermal Deicing Properties [J]. ACS Applied Materials & Interfaces.

虽然工业产品的进步给我们的生活带来了便利，但恶劣的天气也增加了工业设施的安全风险。研制高性能的超疏水防冰涂料已取得了长足的进展。然而，设计一种既具有防冰性能又具有自除冰性能的功能性涂层仍然是一个重大挑战，因此提出了一种基于MXene的高温烧结和逐层涂层的设计策略，以开发具有优异防冰和除冰性能的光热超疏水多功能涂层。具体来说，聚四氟乙烯(PTFE)颗粒提供低表面能和结合效应。室温硫化硅橡胶(RTV)增强了复合颗粒的分散性和功能涂层对玻璃基板的附着力。此外，MXene构建的功能涂层具有良好的光热效应，具有良好的超疏水性(CA = 160.18°，SA = 1.8°)和高效的光热转化(平衡温度为109.3°C)。通过模拟抗冰/除冰试验，验证了其在实际应用中的有效抗冰/除冰性能。

图1. (a)用于开发MPND复合颗粒。(b)功能涂层的实验过程示意图。

图2. (a, a1) Mxene、 (b, b1) PND超疏水涂层和(c, c1) MPND功能涂层的SEM图像。(d？f) MPND涂层的EDS图像。

图3. (a) PND超疏水涂层和(b) MPND功能涂层的三维轮廓图。(c) RTV、PND和MPND涂层的CA和SA。(d) RTV、PND和MPND涂层的光热加热曲线。(e) PND和(f) MPND涂层在不同时间的热红外图像。

图4. (a)无光条件下的冻结时间，(b)融冰时间，(c) RTV、PND和MPND涂层上水滴光照下的冻结时间。(d) RTV、PND和MPND涂层的冰附着强度。

图5.  MPND功能涂层(a)防冰(b)除冰机理示意图。

图6. (a？a2) MPND功能涂层自洁试验。(b？b2)一次阳光照射下(a？a2)对应表面的红外热像仪图像。

图7. 在(a)不同温度和(b)紫外线照射时间下处理的MPND功能涂层的CA和SA。(c)水和(d)砂冲击循环对MPND功能涂层CA和SA的影响。

总结与展望综上所述，本文研制了一种具有优异的超疏水防冰和光热自除冰性能的功能涂层。该设计涉及使用PTFE高温烧结将ND桥接到Ti3C2Tx MXene表面，从而产生具有微/纳米结构的疏水颗粒。此外，通过在玻璃基板上逐层涂覆RTV和MPND，开发了分层多层功能涂层。由于RTV低表面能、MPND微/纳米结构和Ti3C2Tx  MXene光热特性的协同作用，该涂层集成了优异的超疏水性(CA和SA分别达到160.18°和1.8°)和令人满意的光热转换能力(平衡温度为109.3°C)，从而使太阳能在实际应用中用于防冰/除冰目的。而且该涂料具有耐高温、耐紫外线、耐雨水等优点，为涂料的长期使用提供了有效的保证。综上所述，这种具有超疏水性能和光热转换性能的多功能涂层在电力设备和电子器件的防冰/除冰方面具有广泛的应用前景。
原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c07087

相应的成果以“Multifunctional Ti3C2Tx MXene-Based Composite Coatings with Superhydrophobic Anti-icing and Photothermal Deicing Properties”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，文章通讯作者赵玉顺副教授。

 来源：超疏水防冰表面研究站