超疏光热聚乳酸复合气凝胶：兼具抗冰除冰性能的全天候户外应用新材料

本文创新性地通过VTMS交联和冷冻干燥技术制备了三维网络结构的光热超疏水气凝胶（CFex-PLA），该材料集低密度（22-32?mg/cm3）、超疏水性（接触角146.94°-152.25°）和卓越光热效应于一体。实验表明，CFe24-PLA在太阳光下表面温度可达87.53?°C，除冰时间缩短60%（207?s vs 522?s），-70?°C环境下可显著延缓水滴冻结（107.9-302.5?s），为极端环境下的抗冰/除冰提供了环保解决方案。

　　

亮点

我们通过化学共沉淀法成功将羧基化碳纳米管（CNTs-COOH）与磁铁矿（Fe₃O₄）复合，制备出兼具磁性和光热性能的纳米填料（CFe）。拉曼光谱在660?cm^?1处显示Fe₃O₄特征峰（A_1g），同时观察到218?cm^?1、283?cm^?1和394?cm^?1的铁氧化物峰，证实了材料的复合特性。

材料表征

透射电镜（TEM）显示CFe纳米颗粒均匀分散在碳纳米管网络。X射线衍射（XRD）谱中，2θ=26°处的峰对应CNTs-COOH的（002）晶面，而30.1°、35.5°和62.6°的峰分别匹配Fe₃O₄的（220）、（311）和（440）晶面，验证了复合材料的晶体结构完整性。

光热性能

CFe₂₄-PLA气凝胶在模拟太阳光下展现显著温升效应：光强每增加0.1?W/cm²，温度提升约12?°C。三次开关灯循环测试中，CFe₃-PLA能稳定维持在68?°C，证实其优异的光热稳定性。

抗冰机制

超疏水表面（接触角>150°）使水滴呈现"荷叶效应"（lotus effect），而光热转化使材料表面在-70?°C极端条件下仍能延缓冻结：CFe₂₄-PLA表面10?μL水滴冻结时间达107.9?s，较空白组延长近3倍。

结论

该研究通过VTMS交联构建的PLA三维网络气凝胶，整合了CFe的光热/磁性功能和超疏水特性，其密度低至22?mg/cm³，压缩回弹率>90%，为全天候户外抗冰应用提供了兼具高效性和环境友好性的解决方案。