结冰虽然创造出迷人的冬季景观，但却严重危及基础设施的安全性和功能性，例如飞机失事、管道破裂、电线倒塌以及风力发电效率下降。据估计，每年结冰造成的损失可能高达100亿美元。为了应对这一问题，已开发出多种防/除冰策略，包括被动防冰和主动除冰。被动防冰可以通过构建超疏水涂层、液体润滑层和抗冻蛋白表面等方式抑制冰的形成或减少冰的粘附。这种方法成本低廉，能耗几乎为零，适应性强，但其耐久性不足和在极端环境下失效的问题限制了其应用前景。主动除冰可以通过电力、热能、机械装置、声波等外部能源直接清除冰层。这种方法具有响应迅速、除冰效率高的优点，但同时也存在能耗大、成本高以及对环境或基础设施造成损害的问题。
近几十年来，光热超疏水涂层（PSC）作为一种有效且可持续的防/除冰方法，吸引了大量研究关注。这种涂层结合了被动防冰和主动除冰的双重优势。最初，超疏水表面可通过自清洁特性减少冰核的形成机会，通过将水滴保持在Cassie-Baxter状态来延缓结冰时间，并通过降低冰的附着力来去除冰。另一方面，在太阳光照射下，光热效应可以将太阳能转化为热能，提高表面温度，从而抑制冰的形成并加速冰的融化和去除。即使在零度以下的寒冷天气下，光热超疏水涂层的表面温度仍能保持在零度以上，从而完全阻止结冰或去除已形成的冰。
迄今为止，为了实现防/除冰，已经制备了多种嵌入光热材料的聚合物（如聚二甲基硅氧烷、环氧树脂和氟化树脂）作为PSC。尽管它们具有良好的防/除冰性能，但通常通过加热交联形成超疏水表面，并固定光热材料，这限制了它们在大型基础设施表面的实际应用。光热材料作为另一种不可或缺的成分受到了广泛关注，包括多孔碳、石墨烯、聚吡咯、金属有机框架、共价有机框架、Mxene和Fe3O4以及一些新兴的有机材料。然而，探索高光热转换效率和与基体的良好相容性仍然是PSC面临的巨大挑战。更重要的是，PSC能够利用光热效应持续产生热能，但在早期阶段只有少量热能用于除冰，而大量剩余的热能被忽视并消散掉了。在目前的研究体系中，仍然缺乏一种有效的策略来收集和利用由太阳能转化而来的热能。
近期，武汉纺织大学唐清泉团队、军事科学院国防科技创新研究院张佩佩团队通过喷涂工艺，成功制备了一种具有优异的自清洁和光热转换性能的光热超疏水涂层，可用于防/除冰和发电。
通过将由改性四氧化三铁（M-Fe3O4）和氟化烯烃粘合剂组成的微聚集体均匀悬浮液喷涂到基材上，然后使用365nm的紫外线光固化获得超疏水MP涂层。
该涂层具有超疏水性，其水接触角大于150°，滚动角小于10°，且具有强大的水滴弹跳性能，从而对废水和灰尘均表现出优异的自清洁能力。在1个太阳光强度照射下，该涂层的表面温度在5分钟内从-10°C升高至45.5°C，有效抑制了水滴向冰滴的转变，并使冰滴能够在1分钟内迅速融化并滑落，展现出强大的主动除冰能力。更重要的是，该涂层还表现出优异的光热电转换效率，在1个太阳光强度照射下最大功率输出为1.6瓦，能够为电池充电或为小型设备供电。此外，该涂层适用于各种基材，可在6分钟内快速UV固化，显示出大规模应用的潜力。因此，本研究集表面保护和能量转换于一体的多功能PSC，在可再生能源利用和极端环境保护方面展现出显著的技术优势和广阔的应用潜力。
(a)MP50涂层表面污泥水滴自清洁过程；(b)MP50涂层表面灰尘被水滴带走；(c)自清洁过程示意图。
实验视频：
视频：液滴在MP50涂层表面弹跳并滚动
相关研究成果以“A UV-curable photothermal superhydrophobic coating for efficient anti/de-icing and electricity generation”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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