在零下30℃的东北输电塔上，积冰导致线路断裂；在盛夏60℃的户外设备表面，过热引发效率骤降。冰与火的两极挑战，一直是工业界难以兼顾的难题。
近日，来自电子科技大学的研究团队在Journal of Colloid And Interface Science发表了一项突破性成果——具有可切换润湿性的光捕获超疏水涂层（PSTM）。这项技术首次在同一涂层中实现了被动防冰、主动光热除冰、以及紫外线驱动亲水降温三大功能的无缝切换。
一、研究背景与挑战
在航空航天、电力传输、风电叶片等领域，表面结冰和高温过热是两大难以兼治的“天敌”。传统防冰涂层要么依赖能耗，要么在高温环境下失效甚至加剧过热。如何在同一涂层上实现低温防冰/除冰与高温防过热的双重功能，是材料表面工程领域的核心难题。
二、技术突破：可切换润湿性的光热超疏水涂层
该研究团队成功制备了一种无氟、光捕获、超疏水、润湿性可切换的多功能涂层（PSTM），其关键技术指标如下：接触角（CA）：161.5°；滑动角（SA）：7.7°；冻结延迟时间：2248 s（-10℃），为裸铝板的 19倍；光热除冰时间：283 s（1 sun）； 润湿性切换：UV照射30 min，CA从161.5°降至45.1°，恢复后可逆循环10次以上；高温冷却效果：亲水态下表面温度降低53.8℃图1. PSTM 功能演示图
三、接触角测量仪的核心应用场景
在整个研究过程中，接触角测量仪不仅是表征工具，更是性能验证与机制揭示的核心手段。以下为四大关键应用场景：
1. 超疏水性能的定量表征与优化
被动防冰——19倍延迟结冰
双尺寸TiO₂（30nm+60nm）构建“土壤堆叠”式微纳粗糙结构，MWCNTs像“树根”穿插其中，形成大量空气囊，阻隔热传导。PSTM涂层的接触角（161.5°）和滑动角（7.7°），是判断其超疏水性的直接证据（图2）。同时，研究了S-TiO₂质量比和MWCNTs含量对CA的影响，明确了1:1双尺寸S-TiO₂ + 0.5 g MWCNTs为最优配方（图2）。图2. PSTM 的CA（接触角）和SA（滚动角）图像以及S-TiO2质量比差异对（a）PSTM 表面CA值及（b）抗结冰性能的影响。
2. 润湿性可切换行为的动态监测
图3展示了UV照射30 min内，接触角从161.5°降至45.1°的连续变化曲线，每5分钟记录一次，精确捕捉润湿性转变速率。通过进一步结合表面能计算，验证了润湿性切换伴随表面能从0.94 → 42.94 → 9.86 mN/m的变化。图3. PSTM 的可切换润湿性与亲水性冷却性能。(a) PSTM 表面比表面积与30分钟内紫外线照射时间的关系。(b) 湿润循环过程中 PSTM 表面能的变化。
3.耐久性评估中的稳定性监控
PSTM在9种极端环境测试后的CA变化（图中A-I分别代表砂纸磨损、细沙冲击、自清洁、水冲击、水浸、盐雾腐蚀、紫外线老化、循环防冰/除冰及低温高湿测试），所有样品CA仍 > 150°，验证其超疏水耐久性。图4. PSTM 的耐久性评估中
四、为什么接触角测量仪是此类研究的“刚需工具”？
应用场景 |
仪器功能 |
研究价值 |
超疏水表征 |
静态CA/SA测量 |
快速判断涂层制备效果 |
配方优化 |
多组样品对比测试 |
指导材料配比与结构设计 |
润湿性切换 |
动态CA监测 |
验证光响应可逆润湿行为 |
低温抗冰 |
高速成像 |
可视化水滴弹跳与冻结过程 |
耐久性评估 |
多点测试 + 环境模拟 |
量化涂层稳定性与使用寿命 |
五、结语
该研究充分展示了接触角测量仪在智能功能涂层研发中的不可替代性。从基础润湿性表征，到复杂环境下的动态行为分析，再到可逆润湿切换的机制验证，接触角数据贯穿始终，是连接“结构—性能—机制”的关键桥梁。“冰雪聪明，冷暖自知”——这不再是形容人的词，而是下一代功能涂层的真实写照。PSTM涂层的诞生，标志着防冰材料从“被动耐受”走向“主动响应”。它不再是一个静态的保护层，而是一个能感知环境、切换状态、兼顾矛盾的智能皮肤。
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