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日前，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉小孔教授研究團(tuán)隊(duì)在太陽光熱除冰領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，該研究成果以“Highly Transparent and Self-Healable Solar Thermal Anti/De-Icing Surface: When Ultrathin MXene Multilayers Marry Solid Slippery Self-Cleaning Coating”為題在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials, 2021, DOI: 10.1002/adma.202108232）。近日，該研究成果被《化學(xué)與工程新聞》雜志（Chemical & Engineering News, C&En）專題報(bào)道。

結(jié)冰是冬季或低溫環(huán)境中最為常見的自然現(xiàn)象。然而，對于很多領(lǐng)域，結(jié)冰會產(chǎn)生諸多不利影響，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。汽車擋風(fēng)玻璃結(jié)冰會影響視線，太陽能發(fā)電板結(jié)冰會降低發(fā)電效率，飛機(jī)機(jī)翼結(jié)冰會影響飛行安全。傳統(tǒng)的除冰或抗冰的方法包括電加熱、化學(xué)噴霧劑等，存在能耗高、污染環(huán)境等問題。如果能將太陽能轉(zhuǎn)化為熱量，防止或融化結(jié)冰，將會是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的抗/除冰良策。但是，幾乎所有能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為熱量的光熱材料均為黑色的。因此，制備兼具優(yōu)異光熱性能與高透明度的光熱轉(zhuǎn)換涂層材料是一項(xiàng)重大難題，透明的太陽光熱抗/除冰涂層此前從未見報(bào)道。

據(jù)此，吉林大學(xué)劉小孔教授研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種高度透明的太陽光熱抗/除冰涂層，該涂層對可見光的透明度高達(dá)77%，同時(shí)兼具自清潔、自修復(fù)、大面積制備等優(yōu)異特性。這種涂層由超薄MXene多層膜與固態(tài)超滑自清潔表面（solid slippery self-cleaning surface）的結(jié)合構(gòu)筑而成（圖a，b）。得益于超薄MXene多層膜優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，即使在環(huán)境溫度為零下30 ℃的情況下，這種透明涂層在一個(gè)太陽光強(qiáng)照射下，也能夠?qū)⒈砻鏈囟忍岣?1 ℃，有效阻止水的結(jié)冰或?qū)⑾惹靶纬傻谋M(jìn)行融化（圖c）。同時(shí)，涂層的固態(tài)超滑表面賦予了其極佳的自清潔性能，能夠有效抵抗水性及油性污漬（圖d），可使沒有凍結(jié)的水或融化的冰快速滑落而不留痕，實(shí)現(xiàn)太陽光照下高效抗冰或除冰的性能。該涂層具有在光照下實(shí)現(xiàn)自修復(fù)的性能，可以對抗物理損傷和化學(xué)氧化，降低維護(hù)成本并且延長使用壽命。這一具有高透明度與自清潔性能的太陽光熱抗/除冰涂層有望在汽車擋風(fēng)玻璃、建筑物玻璃幕墻、風(fēng)力發(fā)電輪、太陽能發(fā)電板、飛機(jī)涂層等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

圖1：a，太陽光熱抗/除冰涂層的制備過程及結(jié)構(gòu)示意圖。b，涂層修飾后的玻璃的光學(xué)照片。c，在零下30℃的環(huán)境中，涂層修飾后的玻璃表面在一個(gè)太陽光強(qiáng)照射下，升高的溫度隨照射時(shí)間變化的曲線。d，涂層對水性及油性污漬的自清潔性能展示。

以上研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。吉林大學(xué)劉小孔教授為論文的唯一通訊作者，吉林大學(xué)在讀博士研究生牛文文為論文第一作者。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202108232