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引用格式：
Niu H, Yao X, Luo S, et al. Composite Superhydrophobic Coating with Transparency and Thermal Insulation for Glass Curtain Walls[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024.
大面积玻璃在室外环境中易受灰尘污染，影响光伏玻璃的发电效率和玻璃幕墙的透光性。人工或机械清理灰尘存在高风险且成本高昂。近年来，透明超疏水表面因其自清洁性和可见光透过性而备受关注，特别适合用于光伏玻璃和玻璃幕墙。然而，透明超疏水薄膜的制备面临成本高、耐候性差、透明性不佳等问题。同时，玻璃幕墙还需具备一定的隔热功能，功能单一的透明超疏水薄膜无法完全满足实际需求。为解决这一问题，一些研究员开发了具有隔热功能的自清洁涂层，如气凝胶、空心玻璃微珠和铯钨青铜涂层。虽然这些材料表现出良好的隔热效果，但通常可见光透过率较差或成本较高。透明导电氧化物（TCO），如氧化铟锡（ITO）、氧化铝锌（AZO）和氧化锑锡（ATO）等，因其高可见光透过率和隔热性能在热障涂层中应用广泛，但相关研究多集中于单一功能，关于具备超疏水和透明隔热性能的涂层研究较少。通过TCO制备透明隔热超疏水涂层，有望在提高城市节能效率和应对全球变暖方面发挥重要作用，尤其是价格较低的ATO（氧化锑锡）在该领域具有较高研究价值。
基于此，合肥工业大学牛海红副教授团队采用纳米锑掺杂氧化锡（ATO）和纳米二氧化硅（SiO₂）协同设计了一种兼具高透光性、优异的超疏水性和隔热性能的多功能超疏水涂层。通过ATO与SiO₂纳米粒子构建粗糙表面结构，涂层实现了水接触角为163°、滑动角为3°的超疏水效果，同时保持了约70%的可见光透过率。ATO的加入赋予涂层出色的隔热性能，在模拟阳光照射实验中，该涂层与普通玻璃相比，可使室温降低约7.5 ℃，隔热效率达19%。此外，涂层表现出优异的自清洁性能，能有效抵御污染物附着。同时，通过多项环境模拟实验验证了涂层的力学强度、耐化学腐蚀性、耐高温性和防冰性能。相比同类研究，TSHB涂层在实现高透光、隔热与超疏水性能的均衡提升方面具有显著优势，且通过喷涂工艺，能够低成本地应用于多种基材，为建筑节能、车窗隔热等领域提供了新的解决方案。
图1. TSHB涂层制备过程。
图2. (a) 各种涂层和玻璃载玻片的WCA。(b) TSHB@Glass、(c) ATO@Glass、(d) SiO2@Glass和(e) SiO2/ATO@Glass的3D轮廓图像。(f) TSHB涂层表面液滴接触的建模。
图3. (a) TSHB@Glass表面不同区域的润湿性。(b–d) 不同放大倍数下的TSHB@Glass SEM图像。(e) 从侧面看，涂层厚度约为38 μm。(f–k) TSHB@Glass涂层的EDS能谱。
图4. TSHB涂层的(a) 拉曼光谱和(b–f) XPS光谱。
图5. 实验室自行搭建的隔热测试装置(a) 示意图和(b) 实际光学照片。(c) 各种涂层的5分钟隔热温升曲线。(d) TSHB@Glass完整的隔热升温和自然冷却实验曲线。
图6. (a) 不同涂层的透射曲线；插图为TSHB@Glass的光学照片。(b) ATO/SiO2@Glass的光学照片。(c-e) Q235钢、木材和PP塑料表面上的TSHB涂层。
图7. TSHB@Glass在(a) 水、(b) 盐、(c) 酸和(d) 碱溶液中的WCA变化曲线。(e) TSHB涂层在不同液体中的耐化学风化性能来源。(f) 不同温度下TSHB@Glass的WCA。(g) TSHB涂层的热重分析曲线。(h) 在(i) 砂砾冲击和(j) 水冲击实验中TSHB涂层的砂砾冲击和润湿性变化示意图。(k) 砂纸磨损示意图和(l) 涂层润湿性变化示意图
图8. 液滴对不同污染物（(a) 煤尘粉末和(b) 干细砂）的清洁。(c) 煤尘粉末在TSHB@Glass和玻璃载玻片表面上的液滴封装差异。(d) 两种表面上污染物清洁的示意图。
图9. (a) TSHB涂层的防霜性能和防结冰性能。(b) 玻璃载玻片和TSHB@Glass表面液滴冻结过程的热力学建模。
相应的成果以“Composite Superhydrophobic Coating with Transparency and Thermal Insulation for Glass Curtain Walls”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，文章的第一作者和通讯作者为合肥工业大学牛海红副教授。
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中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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