冬季防冰、夏季降溫！這款“光捕獲超疏水涂層”讓表面應對惡劣天氣游刃有余

更新時間：2026-03-04

在零下30℃的東北輸電塔上，積冰導致線路斷裂；在盛夏60℃的戶外設備表面，過熱引發效率驟降。冰與火的兩極挑戰，一直是工業界難以兼顧的難題。

近日，來自電子科技大學的研究團隊在Journal of Colloid And Interface Science發表了一項突破性成果——具有可切換潤濕性的光捕獲超疏水涂層（PSTM）。這項技術在同一涂層中實現了被動防冰、主動光熱除冰、以及紫外線驅動親水降溫三大功能的無縫切換。

一、研究背景與挑戰

在航空航天、電力傳輸、風電葉片等領域，表面結冰和高溫過熱是兩大難以兼治的“天敵"。傳統防冰涂層要么依賴能耗，要么在高溫環境下失效甚至加劇過熱。如何在同一涂層上實現低溫防冰/除冰與高溫防過熱的雙重功能，是材料表面工程領域的核心難題。

二、技術突破：可切換潤濕性的光熱超疏水涂層

該研究團隊成功制備了一種無氟、光捕獲、超疏水、潤濕性可切換的多功能涂層（PSTM），其關鍵技術指標如下：接觸角（CA）：161.5°；滑動角（SA）：7.7°；凍結延遲時間：2248 s（-10℃），為裸鋁板的 19倍；光熱除冰時間：283 s（1 sun）；潤濕性切換：UV照射30 min，CA從161.5°降至45.1°，恢復后可逆循環10次以上；高溫冷卻效果：親水態下表面溫度降低53.8℃

圖1. PSTM 功能演示圖

三、接觸角測量儀的核心應用場景

在整個研究過程中，接觸角測量儀不僅是表征工具，更是性能驗證與機制揭示的核心手段。以下為四大關鍵應用場景：

1. 超疏水性能的定量表征與優化

被動防冰——19倍延遲結冰

雙尺寸TiO?（30nm+60nm）構建“土壤堆疊"式微納粗糙結構，MWCNTs像“樹根"穿插其中，形成大量空氣囊，阻隔熱傳導。PSTM涂層的接觸角（161.5°）和滑動角（7.7°），是判斷其超疏水性的直接證據（圖2）。同時，研究了S-TiO?質量比和MWCNTs含量對CA的影響，明確了1:1雙尺寸S-TiO? + 0.5 g MWCNTs為優秀配方（圖2）。

圖2. PSTM 的CA（接觸角）和SA（滾動角）圖像以及S-TiO2質量比差異對（a）PSTM 表面CA值及（b）抗結冰性能的影響。

2. 潤濕性可切換行為的動態監測

圖3展示了UV照射30 min內，接觸角從161.5°降至45.1°的連續變化曲線，每5分鐘記錄一次，精確捕捉潤濕性轉變速率。通過進一步結合表面能計算，驗證了潤濕性切換伴隨表面能從0.94 → 42.94 → 9.86 mN/m的變化。

圖3. PSTM 的可切換潤濕性與親水性冷卻性能。(a) PSTM 表面比表面積與30分鐘內紫外線照射時間的關系。(b) 濕潤循環過程中 PSTM 表面能的變化。

3.耐久性評估中的穩定性監控

PSTM在9種惡劣環境測試后的CA變化（圖中A-I分別代表砂紙磨損、細沙沖擊、自清潔、水沖擊、水浸、鹽霧腐蝕、紫外線老化、循環防冰/除冰及低溫高濕測試），所有樣品CA仍 > 150°，驗證其超疏水耐久性。

圖4. PSTM 的耐久性評估中

四、為什么接觸角測量儀是此類研究的“剛需工具"？

應用場景	儀器功能	研究價值
超疏水表征	靜態CA/SA測量	快速判斷涂層制備效果
配方優化	多組樣品對比測試	指導材料配比與結構設計
潤濕性切換	動態CA監測	驗證光響應可逆潤濕行為
低溫抗冰	高速成像	可視化水滴彈跳與凍結過程
耐久性評估	多點測試 + 環境模擬	量化涂層穩定性與使用壽命

五、結語

該研究充分展示了接觸角測量儀在智能功能涂層研發中的不可替代性。從基礎潤濕性表征，到復雜環境下的動態行為分析，再到可逆潤濕切換的機制驗證，接觸角數據貫穿始終，是連接“結構—性能—機制"的關鍵橋梁。“冰雪聰明，冷暖自知"——這不再是形容人的詞，而是下一代功能涂層的真實寫照。PSTM涂層的誕生，標志著防冰材料從“被動耐受"走向“主動響應"。它不再是一個靜態的保護層，而是一個能感知環境、切換狀態、兼顧矛盾的智能皮膚。