ARTICLE · 1336524
基于超窄带隙金属有机框架、花粉模板构筑的仿生光热超疏水涂层及其持久防冰‑除冰性能
基于超窄带隙金属有机框架、花粉模板构筑的仿生光热超疏水涂层及其持久防冰‑除冰性能
该论文发表于《Chemical Engineering Journal》，开发向日葵花粉模板、超窄带隙 CuTCNQ MOF 基光热超疏水 SP/F‑MOFs@DP 涂层，实现被动防冰 + 太阳光主动除冰，解决传统光热超疏水涂层润湿性稳定性差、力学脆弱、低温高湿环境性能衰减的痛点，适合电缆、无人机桨叶等户外严寒场景。 该研究受生物启发，以脱脂向日葵花粉为空心多级结构支架，在其表面原位生长超窄带隙CuTCNQ MOF纳米针，结合氟硅烷改性与非溶剂诱导相分离的硅改性聚酯黏结剂，采用简单喷涂工艺制备出具有多孔自相似结构的SP/F‑MOFs@DP光热超疏水防除冰涂层；该涂层水接触角达161.0°、滚动角仅1.5°，300‑2500 nm全光谱吸收率为92.44%，1‑sun照射下表面温度可升至74.9 ℃，凭借花粉带来的低热导特性可显著推迟液滴结冰（‑20 ℃下液滴结冰时间由30±6 s延长至691±34 s），同时能够依靠光热效应实现冻滴与厚冰层的快速消融，还可耐受摩擦、砂冲击、弯折、酸碱海水、紫外及户外老化等多种外界破坏，在电缆、无人机桨叶等构件上展现良好的防除冰效果，喷涂工艺适配多种基材便于规模化制备，但含氟组分与铜基MOF的环境影响以及野外长期实际应用仍有待进一步验证。 
Fig. 1 SP/F‑MOFs@DP 光热超疏水涂层示意图。(a) SP/F‑MOFs@DP 涂层的制备流程。(b) SP/F‑MOFs@DP 涂层的设计理念。 
Fig. 2 SP/F‑MOFs@DP 涂层的表征。(a) 脱脂花粉 (DP)、(b) MOFs@DP 以及 (c‑e) SP/F‑MOFs@DP 涂层的扫描电镜 (SEM) 图像。(f) SP/F‑MOFs@DP 涂层的截面 SEM 图。(g) 涂层表面的 EDS 元素映射图（比例尺：200 μm）。(h) 三维表面轮廓图；SP/F‑MOFs@DP 涂层的 (i) 傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱、(j) 拉曼光谱、(k) X 射线光电子能谱 (XPS) 全谱、(l) C 1s 高分辨 XPS 谱图以及 (m) X 射线衍射 (XRD) 图谱。 
Fig. 3 SP/F‑MOFs@DP 涂层的超疏水与光热性能。(a) SP/F‑MOFs@DP 涂层表面的水接触角 (WCA) 与滚动角 (SA)。(b) 水滴在 SP/F‑MOFs@DP 涂层表面弹跳的图像。(c) 注射器针头携带 5 μL 水滴接触并抬离 SP/F‑MOFs@DP 涂层表面。(d)‑15 ℃、相对湿度 80% 条件下，不同处理时长后 SP/F‑MOFs@DP 涂层滚动角的变化。(e) 高湿度环境不同温度条件下 SP/F‑MOFs@DP 涂层滚动角的变化。(f) SP/F‑MOFs@DP、SP/F‑MOFs 以及 SP/F‑DP 在 300‑2500 nm 太阳光谱区间的吸收光谱。(g) 用于估算 SP/F‑MOFs@DP 与 SP/F‑MOFs 涂层带隙的 Tauc 图。(h) 模拟太阳光照射条件下（1 倍太阳光、0.3 倍太阳光）SP/F‑MOFs@DP 涂层以及裸铝合金基底的表面温度变化曲线。(i) 1 倍太阳光照射下 SP/F‑MOFs@DP 涂层的循环光热稳定性。 
Fig. 4 SP/F‑MOFs@DP 涂层的被动防冰与主动除冰性能。(a) 无光照、相对湿度 75‑80% 环境中，不同环境温度条件下 20 μL 水滴的结冰时间。(b) 染色水滴在 SP/F‑MOFs@DP 涂层与裸铝合金基底表面结冰过程的光学照片。(c) 防冰过程中液滴在 SP/F‑MOFs@DP 涂层表面的传热过程示意图。(d) 本研究与近年已报道防冰表面的液滴结冰延迟时间对比。(e) 裸电缆与 SP/F‑MOFs@DP 涂层改性电缆的动态被动防冰性能对比。(f)‑20 ℃、相对湿度 80% 条件下高速旋转时，裸无人机桨叶与 SP/F‑MOFs@DP 涂层改性桨叶的动态抗结霜性能对比。(g) 1 倍太阳光照射下，染色冷冻液滴在 SP/F‑MOFs@DP 涂层和铝合金基底表面的熔化过程。(h) 1 倍太阳光照射条件下，涂覆与未涂覆 SP/F‑MOFs@DP 涂层的屋顶模型表面 5 mm 厚冰层的熔化过程对比。(i) SP/F‑MOFs@DP 涂层表面融冰过程中的能量转换与传递示意图。 
Fig. 5 SP/F‑MOFs@DP 涂层的力学稳定性、化学稳定性与耐候性能。SP/F‑MOFs@DP 涂层在 (a) 往复摩擦测试、(b) 砂纸磨损测试过程中水接触角与滚动角的变化。(c) 本工作与其他光热超疏水表面在不同磨损压力、磨损距离下的力学耐久性对比。SP/F‑MOFs@DP 涂层在 (d) 砂冲击测试、(e) 弯折循环测试、(f) 胶带剥离测试、(g) 高速水流冲击测试、(h) 海水浸泡测试过程中水接触角与滚动角的变化。(i) 经过紫外老化、高温储存、低温储存以及直接户外暴露处理后，SP/F‑MOFs@DP 涂层水接触角与滚动角的变化。 原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.183528 注：仅代表小编个人观点，侵权请联系！
