慧正資訊，日前由江南大學(xué)羅靜教授及團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“基于包裹相變材料的聚苯胺微膠囊實(shí)現(xiàn)的高效全天候防覆冰和除冰涂層”的成果以“Efficiently all-weather anti-icing and de-icing coatings enabled by polyaniline microcapsules encapsulated phase change materials”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。

光熱超疏水涂層是極具前景的防覆冰/除冰材料，但光能間歇性限制了其在連續(xù)除冰需求中的應(yīng)用。為解決這一問題，本文提出了將光熱效應(yīng)與相變熱存儲(chǔ)相結(jié)合的創(chuàng)新方法。通過包裹硬脂酸丁酯（BS）的聚苯胺微膠囊，制備出高效的防覆冰/除冰涂層。得益于BS的儲(chǔ)熱能力，該涂層可實(shí)現(xiàn)全天候防覆冰。在-20°C下，含10 wt%微膠囊的涂層延長了水滴的結(jié)冰時(shí)間約12.6倍；在模擬暗光條件下，延遲約14.1倍。此外，聚苯胺的高導(dǎo)熱性與優(yōu)異的太陽能利用效率，使涂層在戶外應(yīng)用中表現(xiàn)出顯著的光熱除冰性能。在近紅外（200 mW/cm²）照射下，水滴融化時(shí)間縮短至18秒，較空白涂層快近10倍。同時(shí)，聚苯胺微膠囊的抗腐蝕性能，亦適用于金屬涂層應(yīng)用。該全天候防覆冰/除冰涂層的綜合性能，使其在苛刻的戶外條件下具有良好應(yīng)用前景。

圖1. BS@PANI微膠囊的制備及復(fù)合涂層功能示意圖。

圖2. 不同苯胺濃度下BS@PANI微膠囊的SEM圖：BS@PEA (a)，BS@PANI-1 (b)，BS@PANI-2 (c)，BS@PANI-3 (d)，BS@PANI-4 (e)，以及BS@PANI-3微膠囊的元素分布圖（對(duì)應(yīng)的SEM圖見圖S1）。

圖3. 空白涂層和不同濃度BS@PANI-3微膠囊復(fù)合涂層在加熱和冷卻過程中的溫度變化(a)及典型紅外熱成像照片(b)；空白涂層和不同濃度BS@PANI-3微膠囊復(fù)合涂層在近紅外照射下的溫度變化(c)及典型紅外熱成像照片(d)。

圖4. 含BS@PANI微膠囊涂層的防覆冰特性示意圖(a)；-20°C下不同涂層表面冰凍過程的照片(b)；-20°C下不同涂層水滴的冰凍過程照片(c)；復(fù)合涂層防覆冰能力與其他研究的比較(d)。

圖5. 含BS@PANI-3微膠囊涂層的除冰特性示意圖(a)；不同表面在近紅外光照射下冰融化過程的照片(b)；在近紅外光照射下，融化水滴沿空白涂層和復(fù)合涂層表面滾落的照片(c)。

設(shè)計(jì)并制備了一種新型多功能聚苯胺微膠囊，包裹相變材料（PCM）。由于其優(yōu)良的密度、導(dǎo)熱性和光熱性能，聚苯胺外殼的PCM包裹可以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性、低泄漏率和高太陽能利用率，從而解決了相變材料的瓶頸問題。通過將聚苯胺微膠囊引入樹脂中，制備了一種具備光熱和熱存儲(chǔ)功能的高效防覆冰/除冰涂層。加入10 wt%的聚苯胺微膠囊后，涂層上的水滴在734秒內(nèi)完全結(jié)冰，結(jié)冰時(shí)間延長約12.6倍。復(fù)合涂層上水滴的融化時(shí)間縮短至18秒，幾乎是空白涂層的10倍。此外，涂層還具有優(yōu)異的抗腐蝕性能，這對(duì)于金屬涂層應(yīng)用尤為重要。因此，引入聚苯胺微膠囊使涂層具備卓越的熱調(diào)節(jié)、除冰/防覆冰及抗腐蝕特性，為通過經(jīng)濟(jì)且簡便的途徑制造多功能涂層開辟了新的思路。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156122

江南大學(xué)光聚合技術(shù)及先進(jìn)涂層研究室

江南大學(xué)羅靜教授及團(tuán)隊(duì)來自江南大學(xué)光聚合技術(shù)及先進(jìn)涂層研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)依托科技部光響應(yīng)功能分子材料國際聯(lián)合研究中心和江蘇省先進(jìn)感光材料高價(jià)值專利培育示范中心建設(shè)，現(xiàn)有12名教授、副教授和工程技術(shù)人員，以及63名博碩士研究生，是我國光固化材料領(lǐng)域最主要的研究力量之一。團(tuán)隊(duì)擁有全套紫外光、電子束和近紅外光輻射固化裝備，以及完備的光聚合過程評(píng)價(jià)和材料性能評(píng)價(jià)平臺(tái)。在立足光聚合技術(shù)開展相應(yīng)基礎(chǔ)材料及環(huán)保涂料、增材制造技術(shù)研究的同時(shí)，還瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略亟需，開展了集成電路、印制電路感光材料和微電子封裝材料等的研發(fā)工作。團(tuán)隊(duì)已獲授權(quán)70余件中國和國際發(fā)明專利；主持或參與國家02重大專項(xiàng)、科技支撐計(jì)劃等國家、省部級(jí)項(xiàng)目30余項(xiàng)，及20余項(xiàng)企業(yè)合作項(xiàng)目，在印制電路系列感光材料和無溶劑光固化金屬涂料等領(lǐng)域形成了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化成果，先后獲得中國專利獎(jiǎng)、江蘇省科技進(jìn)步獎(jiǎng)等5項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。