“劉小孔教授這項研究的實用性意義很大，我再也不用擔心冬天汽車擋風玻璃結冰了，關鍵是這種能吸收和轉化太陽能的光熱材料是透明的，不影響司機視線，期待這款材料上市。”絡繹科學使用者的一段感嘆，充分表達了他對吉林大學劉小孔教授課題組研究的可吸收太陽能的高透明度光熱除冰材料的讚歎。
“科技造福生活”在該項研究中得到了充分體現。在北方的冬天，下雪和結冰是冬季再正常不過的自然現象，然而，冰雪天氣給人們的生產、生活帶來不便，人們甚至可能因為，冬季雨雪天氣後地面光滑，擋風玻璃結冰看不清路而導致交通事故。是否有安全又便捷的辦法，能夠解決冬季擋風玻璃結冰這一難題呢？
有人說，往擋風玻璃上貼吸熱材料，吸收太陽能轉化成熱能，幫助融化擋風玻璃上的冰。那麼問題又來了，現在流行的吸熱材料都是黑色非透明材質，貼在擋風玻璃上可以融化結冰不假，但它會完全擋住司機的視線導致無法安全駕駛，這怎麼辦？
絡繹科學 APP 精選了這篇 Advanced Materials 報道過的一項最新的、可吸收太陽能光熱除冰材料的研究論文，令人驚喜的是，這是一款高透明度塗層材料，能夠完善地解決冬天擋風玻璃結冰的問題。
圖 | 相關研究論文 （來源：Advanced Materials ）
論文基本資訊
通訊作者：劉小孔，吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室任教授
論文標題：
Highly Transparent and Self-Healable Solar Thermal Anti-/De-Icing Surfaces: When Ultrathin MXene Multilayers Marry Solid Slippery Self-Cleaning Coating
領域方向：高分子材料、化學材料與能源材料
來源期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202108232
原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108232
期刊影響因子：30.849
JCR分割槽：Q1
在冬季，擋風玻璃結冰可謂是一件煩心的、棘手的事。車擋風玻璃結冰會影響視線，飛機機翼結冰會影響飛行安全，太陽能發電板結冰會降低發電效率。
如果能夠將太陽能轉化為熱量，融化表面的冰雪，將會是一個節能、環保、低成本的除冰良方。但是，幾乎所有能夠將太陽光轉化為熱量的光熱材料均為黑色。因此，製備兼具優異光熱效能與高透明度的光熱轉化塗層材料是一項重大難題。
近日，吉林大學劉小孔教授課題組在 Advanced Materials 報道了一種高透明度的太陽光熱除冰塗層，該材料可見光透光率超過 77%，同時兼具自清潔、自修復、大面積製備等優異特性。與此同時，這也是高透明度的太陽光熱除冰塗層第一次見諸報道。
圖 | MXene-SOPS 塗層的製備及效能示意圖（來源：Advanced Materials ）
為了研發該材料，劉小孔教授課題組利用層層組裝技術，透過在基底上交替沉積帶正電的聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA）和帶負電的 MXene 奈米片，製備了透明的、具有光熱轉換效能的超薄 MXene 多層膜。
與此同時，課題組研究人員精心設計並製備了一種具有極低表面能的聚合物，該聚合物可透過無溶劑刮塗法來製備透明的固態超滑自清潔（SOPS）塗層。研究人員將 SOPS 塗層塗覆在 MXene 多層膜上，最終構築了具有高透明度與自清潔效能的光熱轉換 MXene-SOPS 塗層。該塗層的可見光透過率高達77% ，並且可在一個太陽光強照射下，將基底表面的溫度升高 31 ℃ 。
具體來說，這種塗層由超薄 MXene 多層膜與固態超滑自清潔表面（solid slippery self-cleaning surface）的結合構築而成。基於層層組裝技術製備的超薄 MXene 多層膜兼具高透明度與優異的光熱轉換效能；固態超滑表面可使沒有凍結的水或融化的冰快速滑落而不留痕，實現太陽光照下高效抗冰或除冰的效能。
圖 | MXene-SOPS 塗層的光熱自修復效能（來源：Advanced Materials ）
換言之，即使在環境溫度為 -30 ℃ 的情況下，這種塗層在一個太陽光強照射下，能夠將表面溫度提高 31 ℃ ，有效阻止水的結冰或將先前形成的冰進行融化。同時，該塗層的固態超滑表面賦予了其極佳的自清潔效能，與超雙疏（既超疏水又超疏油）表面類似，能夠有效抵抗水性及油性汙漬。與超雙疏表面相比，又具有透明度高、製備成本低、基底普適性強、機械穩定性好等優勢。
以此同時，該塗層具有在光照下實現自修復的效能，可以對抗物理損傷和化學氧化，降低維護成本並且延長使用壽命。這一具有高透明度與自清潔效能的光熱除冰塗層有望在汽車擋風玻璃、建築物玻璃幕牆、風力發電輪、太陽能發電板、飛機塗層等領域得到廣泛應用。
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參考：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108232
