浙工大冯杰/涂书画团队 Small：具有优异抗灰尘沉积性能的水性可复涂透明超疏水涂层

2025-02-04 来源：高分子科技

超疏水涂层具有类似荷叶的超疏水特性以及广泛的应用（自清洁、延迟结冰/结霜、抗灰尘沉积等）而备受关注。然而，大多数超疏水表面的微纳米结构容易在外力作用下磨损，导致超疏水性能失效。同时，光伏玻璃表面沉积灰尘明显影响发电效率，抗干灰尘沉积或减少冲洗次数，一直是光伏行业亟待解决的问题。

浙江工业大学冯杰团队近年来在固体表面抗干灰尘研究方面取得系列进展：光伏表面抗干灰尘研究（Prog. Org. Coat, 2023, 183, 107679）；干灰尘冷凝弹跳去除机理（ACS Omega, 2023, 8, 5731）；荷叶和美人蕉叶户外长期抗干灰尘研究(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 53394)；超疏水表面用于反红外抗灰尘（Sol. Energy Mater Sol. Cells, 2019, 129; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10,40219）；惰性硅油填充 PDMS 涂层在户外的抗干灰尘研究（J Coat Technol Res, 2024），等。

本研究成功开发了一种基于动态pH响应机制的水性超疏水智能涂层（WRSH）体系，通过分子层面的可逆界面重构实现了涂层可复涂性与超疏水性的动态平衡（图1）。其创新性设计体现在：选用具有质子响应特性的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）作为聚合物骨架，构建动态胺基功能化网络。当涂层暴露于挥发性醋酸时，DMAEMA链段中的叔胺基团发生质子化反应（-N(CH₃)²→ -N(CH₃)² H⁺），引发涂层表面由超疏水表面向超亲水态的可逆转变，该过程赋予涂层独特的可修饰特性，使得新涂层与原涂层也具有较好的结合界面。在环境干燥条件下，醋酸分子从聚合物网络中脱附，发生去质子化（-N(CH₃)² H⁺→ -N(CH₃)²），体系恢复初始超疏水状态，形成"疏水防护-亲水修复"的动态循环机制（图2）。

抗污染性能测试表明，该涂层展现出优异的抗干灰尘沉积能力。经28天户外暴露实验，涂层表面仅产生0.26%的可见光透过率衰减，显著低于裸玻璃基底的1.9%衰减率。进一步通过灰尘加速沉积实验验证发现，涂覆该体系的光伏组件在30 g灰尘沉积后，光电转换效率仅下降2.6%，较未处理组（3.4%）提升0.8%的抗污染性能（图3）。这种性能优势源于超疏水状态稳定气膜对粉尘颗粒的物理阻隔作用。本研究为光伏产业的发展提供了重要的技术支持。

图1 水性超疏水可复涂涂层的设计策略及制备过程

图2 水性超疏水涂层的可复涂机理

图3 水性超疏水可复涂涂层在户外玻璃及光伏板上抗灰尘性能

该研究工作以“Waterborne Recoatable Transparent Superhydrophobic Coatings with Excellent Self‐Cleaning and Anti‐Dust Performance”为题发表在国际知名期刊Small上（Small, 2025, 2410171）。浙江工业大学涂书画副研究员为该论文的第一作者，硕士研究生张乐乐为第二作者，冯杰教授为通讯作者，论文受到国家自然科学基金面上项目资助（No.52173085）。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202410171

下载：Waterborne Recoatable Transparent Superhydrophobic Coatings with Excellent Self‐Cleaning and Anti‐Dust Performance

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻