近日，北京科技大学研究团队与上海交通大学ITEWA团队在顶级期刊《Matter》上发表前瞻性研究论文，题为《Photothermal superhydrophobic anti-icing surfaces necessitate dynamic thermal regulation》。论文第一作者为北京科技大学罗洁与孙文，通讯作者为褚福强教授与王如竹教授。
该研究深入分析了光热超疏水材料在防除冰应用中的技术瓶颈，特别指出现有研究长期忽视的关键挑战——高温环境下材料表面的过热问题。针对这一难题，研究团队创造性提出结合相变材料与热致变色材料的动态热调控策略，使光热超疏水表面既能满足冬季高效防冰需求，又可避免夏季过热现象，实现全年适应性优化。这一创新方案为极端环境下的防冰材料设计提供了全新思路。
光热超疏水防冰表面的动态热调控策略及设计方案
结冰现象广泛存在于自然与工业环境中，对风力发电、电力输送、航空航天等关键领域造成严重安全隐患与经济损失。光热超疏水表面，能够利用太阳能提升表面温度，进增强防冰能力。然而，现有光热超疏水表面在高温、强光照环境下的过热隐患却长期被忽视(实验表明光热表面在1个太阳光照强度下，温度可迅速攀升至70–90°C，极端情况下甚至超过100°C)，限制了其实际应用。如何实现光热表面的动态热调节，成为推动该技术走向实用的关键挑战。
为满足光热超疏水表面的热管理需求，作者提出将相变材料(PCM)与热致变色材料(TCM)相结合的策略。PCM通过相变过程中吸收或释放潜热，有效平抑温度波动，实现热能“削峰填谷”;TCM则随温度变化调节光学特性(如颜色、透明度、反射率)，动态调整对太阳光的吸收能力，实现低温高透、高温高反射的效果。进一步，构建了两种可行的多功能化集成方案：其一为逐层复合结构，从表至底依次为超疏水层、热致变色层、光热层和相变材料层。该方案层次分明、功能清晰，各层材料可选范围广，便于针对不同应用优化性能，但需注意层间界面稳定性和热阻匹配。其二为多功能微胶囊策略，将热致变色染料与相变材料共封于同一微胶囊中，外壳则进行超疏水修饰。这种设计可实现材料的功能集成化和模块化，涂层更薄、响应更敏捷，但需克服微胶囊的合成与封装问题。无论是逐层还是微胶囊方案，均体现了结构-功能一体化的设计理念，为开发下一代智能防冰表面提供了切实可行的技术路径。
该文明确指出光热超疏水表面过热问题的严重性，并提出了相变材料与热致变色材料协同的动态热调控策略。通过合理的材料设计与结构集成，可实现冬季防冰、夏季防过热的智能响应，推动光热超疏水表面向实际应用迈出关键一步。这一策略为提升光热超疏水材料的实际应用潜力提供了重要方向。
论文指出，未来研究需聚焦于材料性能优化、界面稳定性提升及制备工艺改进。此外，结合人工智能技术可加速材料设计的智能化与多目标协同优化，最终推动低能耗、多场景适配的下一代防冰技术发展。
论文链接：
Jie Luo, Wen Sun, Zhifeng Hu, Yanhui Feng, Fuqiang Chu*, Ruzhu Wang*, Photothermal superhydrophobic anti-icing surfaces necessitate dynamic thermal regulation, Matter, Volume 8, Issue 10, 2025, 102389.https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102389.
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