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  超疏水儲能材料因其出色的儲熱能力和獨特的自清潔性能，在防結冰、電子器件，微流體裝置，石油輸油管道，醫療設備，熱交換器等領域具有廣泛的應用前景。然而，目前大部分的超疏水儲能材料儲熱能力低，疏水穩定性及機械性耐久性較差，不能有效抵御外界環境的侵蝕。因此，如何批量、低成本制備具有優異耐久超疏水性能，兼具高儲熱能力的超疏水儲能材料仍具有一定的挑戰。此外，超疏水涂層由于其脆弱的微納表面結構因此很容易因外界因素如摩擦、老化而失效，缺乏實際應用價值。因此如何提高超疏水涂層的耐用性也是此種技術能否實際應用的關鍵，進而成為近年來的研究熱點，可噴涂的整體超疏水涂層是解決這一問題的一條途徑。

  鑒于此，河北工業大學張旭教授課題組通過陽離子聚合及傅克反應，快速、批量的制備具有豐富介孔孔壁的竹節狀超交聯聚苯乙烯納米管（圖1a，圖2a和c），利用其疏水性（接觸角143度，滾動角58.3度）、對烷烴（石蠟）的高吸附性（圖2b）以及竹節狀內部支撐結構帶來的穩定性，制備了可噴涂的超疏水儲能（STES）涂層，此涂層在強酸/堿性、紫外照射、超聲、苛刻的機械磨損條件下仍能保持超疏水性能。同時與河北工業大學能環學院孔祥飛課題組合作，研究了其儲熱能力和熱穩定性。

  該團隊將超交聯聚苯乙烯納米管、工業石蠟、含氟納米二氧化硅（F-SiO₂，圖1b）、α-氰基丙烯酸乙酯（ECA）及乙酸甲酯溶劑混合均勻后，噴涂在基板表面，進而通過加熱形成STES涂層（圖1c）。其中，超交聯聚苯乙烯納米管的主要作用為：（1）通過毛細作用力吸附大量石蠟并阻止其在相變過程中發生泄漏，以確保涂層的高儲熱能力和熱穩定性；（2）能夠與超疏水顆粒形成分級結構，進一步提高涂層的疏水能力，其納米管網絡結構可束縛超疏水顆粒防止其脫落。含氟納米二氧化硅在提高涂層疏水性能的同時也提高了涂層的導熱率。ECA作為粘合劑不僅提高了復合填料間的相互作用，而且增強了涂層與基板間的界面結合力。

圖1. 介孔孔壁超交聯聚苯乙烯納米管、超疏水顆粒及STES涂層的制備示意圖.

  制備的超疏水儲能涂層材料對水和酸（pH=1）、堿（pH=14）、鹽（0.1M）溶液接觸角均大于155度、滾動角小于5度。涂層具有較好的抗紫外老化的性能，UV照射70小時，接觸角仍大于150、滾動角小于5度。尤其是涂覆后的木板，即使于水中超聲（150W）60分鐘，涂層仍然保持超疏水性能。

圖2. 吸附工業石蠟前(a)后(b)的超交聯聚苯乙烯納米管的SEM圖；超交聯聚苯乙烯納米管吸附工業石蠟后的TEM(c)，HAADF-STEM (d)和EDX能譜分布圖：(e)碳和(f)氧.

  涂層同時具有優異的抗機械破壞能力，通過手指及磨耗儀（500g載荷，1000圈）對STES涂層摩擦后，涂層的水接觸角仍保持在150°以上，滾動角小于10°。即使用小刀刮掉一層薄薄的STES涂層，暴露的新表面仍保持超疏水性，這主要歸因于納米管網絡與超疏水顆粒在涂層中形成分級結構，即使涂層表面被刮掉一層，裸露出的新的表面仍具有微納結構。

  此外，由于超交聯聚苯乙烯納米管與石蠟之間的毛細作用及納米管優異的親油性，使得石蠟在相變過程中不會發生泄漏現象，改善了涂層的熱穩定性及循環性能。熱循環測試14天后，涂層的儲熱能力沒有降低，并仍保持超疏水性能（圖3a）。此外，將涂層放置在濾紙上后負重500g砝碼，60℃下保溫兩小時，石蠟不會泄漏（圖3b）。

圖3.（a）STES涂層在14天內熱循環的焓值和WCAs變化;（b）500g負重下，STES涂層泄漏試驗。

  該研究結果為批量、低成本構筑具有實際應用價值的超疏水涂層以及相變材料的包覆提供了新的思路。以上研究成果以“Large-Scale Fabrication of Robust Superhydrophobic Thermal Energy-Storage Sprayable Coating Based on Polymer Nanotube”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces（10.1021/acsami.0c15531）上，同時申請了國家發明專利。論文的第一作者為河北工業大學化工學院2020級博士研究生孔令勃，通訊作者為張旭教授和王小梅教授。

  張旭教授課題組主要研究方向為超雙疏及多孔納米材料制備和應用。其中在紡織品應用的超疏水涂層已實現噸級生產，產品通過了歐盟SGS及ITS檢測。由此涂層處理的紡織面料而開發出的“淋不濕”雨傘自2018年在日本及國內上市得到了消費者廣泛好評，截至目前已累計生產超疏水面料近80萬平米。目前，正在與中紡標檢驗認證股份有限公司共同承擔《紡織品 表面浸潤性能的檢測和評價》（20193098-T-608）國家標準的起草。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c15531