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慧正資訊，日前由江南大學羅靜教授及團隊研發的“基于包裹相變材料的聚苯胺微膠囊實現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除冰需求中的應用。為解決這一問題，本文提出了將光熱效應與相變熱存儲相結合的創新方法。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的儲熱能力，該涂層可實現全天候防覆冰。在-20°C下，含10 wt%微膠囊的涂層延長了水滴的結冰時間約12.6倍；在模擬暗光條件下，延遲約14.1倍。此外，聚苯胺的高導熱性與優異的太陽能利用效率，使涂層在戶外應用中表現出顯著的光熱除冰性能。在近紅外（200 mW/cm²）照射下，水滴融化時間縮短至18秒，較空白涂層快近10倍。同時，聚苯胺微膠囊的抗腐蝕性能，亦適用于金屬涂層應用。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用前景。
圖1. BS@PANI微膠囊的制備及復合涂層功能示意圖。
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（對應的SEM圖見圖S1）。
圖3. 空白涂層和不同濃度BS@PANI-3微膠囊復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合涂層表面滾落的照片(c)。
設計并制備了一種新型多功能聚苯胺微膠囊，包裹相變材料（PCM）。由于其優良的密度、導熱性和光熱性能，聚苯胺外殼的PCM包裹可以實現高導熱性、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秒內完全結冰，結冰時間延長約12.6倍。復合涂層上水滴的融化時間縮短至18秒，幾乎是空白涂層的10倍。此外，涂層還具有優異的抗腐蝕性能，這對于金屬涂層應用尤為重要。因此，引入聚苯胺微膠囊使涂層具備卓越的熱調節、除冰/防覆冰及抗腐蝕特性，為通過經濟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
江南大學光聚合技術及先進涂層研究室
江南大學羅靜教授及團隊來自江南大學光聚合技術及先進涂層研究團隊，該團隊依托科技部光響應功能分子材料國際聯合研究中心和江蘇省先進感光材料高價值專利培育示范中心建設，現有12名教授、副教授和工程技術人員，以及63名博碩士研究生，是我國光固化材料領域最主要的研究力量之一。團隊擁有全套紫外光、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價和材料性能評價平臺。在立足光聚合技術開展相應基礎材料及環保涂料、增材制造技術研究的同時，還瞄準國家戰略亟需，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工作。團隊已獲授權70余件中國和國際發明專利；主持或參與國家02重大專項、科技支撐計劃等國家、省部級項目30余項，及20余項企業合作項目，在印制電路系列感光材料和無溶劑光固化金屬涂料等領域形成了一批具有自主知識產權的創新技術和產業化成果，先后獲得中國專利獎、江蘇省科技進步獎等5項省部級科技進步獎。
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