东北林业大学:一步喷涂法制备多级热致变色超疏水涂层
2025-09-16 14:06:11 作者:本网整理 来源:网络 分享至:

 

随着全球气候变化加剧和城市化进程加速,对环境温度的实时监测智能响应的需求日益增长。传统的温度监测技术依赖外部能源供应,存在维护成本高、可视化能力不足的问题。相比之下,热致变色涂层通过颜色变化直接反映温度信息,具有被动响应、直观呈现和低能耗的优势,在能效管理、温度监测、防伪技术以及装饰设计等领域展现出巨大的应用潜力。在众多热致变色材料中,热致变色微胶囊(TCMs)因其原料选择广泛、化学稳定性优异、变色温度可调以及成本效益而备受关注。这些微胶囊通常由有机热致变色材料组成,包括电子供体(热致变色染料)、电子受体(显色剂)和溶剂化合物。供体、受体和溶剂共同决定了材料的颜色、变色序列以及触发温度。当溶剂达到其相变温度时,颜色变化机制被触发,导致供体和受体之间的电子转移,从而引起颜色变化。通过微胶囊化技术封装有机热致变色材料,可有效简化其应用流程。最近的研究主要集中在使用TCMs制备温度响应材料上。尽管热致变色涂层的研究取得了显著进展,但仍存在一些关键的限制:变色范围多局限于两种颜色或褪至无色;颜色变化逻辑与直观感知相悖(如高温下变为无色);制造工艺复杂;耐久性不足。这些缺陷共同制约了它们在实际环境中的推广应用。

赋予热致变色涂层超疏水性是提高其耐久性的有效策略。超疏水性不仅能显著增强涂层的耐久性,而且还能带来其他诸多益处,如防污防冰自清洁能力,从而提高其在复杂环境下的稳定性。然而,目前大多数用于制备超疏水涂层的方法仍面临诸多挑战,包括依赖含氟化学物质、复杂的制备过程、高成本以及难以实现大规模生产,这些限制了其实际应用和推广。

近期,东北林业大学牛晓霆团队受变色龙皮肤温度调节机制的启发,采用一步喷涂法成功制备了一种具有多级温度响应性和基于环境温度多色转换的可逆热致变色超疏水涂层

将三种热致变色微胶囊(TCMs)和纳米二氧化硅(SiO2)结合构建双尺度颗粒,并用十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)进行改性,然后加入环氧树脂预聚物,通过一步喷涂法制得无氟超疏水涂层。

所制得的涂层在15-35°C的温度范围内表现出与人类的热感知密切相关的“绿-黄-红”三色可逆转变。该涂层具有优异的超疏水性水接触角为154.4°,滚动角小于3°,且在轻度砂磨后接触角可增加到160°以上。在经历砂纸磨损、机械冲击、化学腐蚀和长时间紫外线照射后,该涂层仍能保持疏水性,表现出优异的稳定性耐久性。该涂层的腐蚀防护效率高达99.99%,对腐蚀性介质具有有效的屏障作用。此外,该涂层对各种常见液体(茶、可乐、牛奶、果汁)具有很强的拒液性,同时还展现出优异的自清洁能力,并适用于各种基材(木材、纸张、海绵、玻璃和钢材)。因此,本研究在智能表面、环境监测、热预警系统和多功能防护材料等领域具有巨大的实际应用潜力。



工作原理示意图













涂层在不同温度下的工作原理示意图。



制备过程示意图













涂层制备过程示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Robust multistage thermochromic superhydrophobic coating prepared by a facile one-step spray coating method”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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