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Durable and Ultra‐Black Superhydrophobic Coatings for High‐Efficiency Photothermal Applications Under Harsh Conditions

材料科学 光热治疗 涂层 纳米技术 碳纳米管 表面等离子共振 纳米壳 光热效应 纳米颗粒 超疏水涂料 聚二甲基硅氧烷 氮化钛 除霜 气凝胶 光电子学 吸收(声学) 锡 石墨烯 紫外线 色散(光学) 基质(水族馆) 光学涂层 表面等离子体子 纳米结构 纳米化学
作者
Xiaolong Wu,Yan Wang,Jian Li,Wenqian Wang,Xiang Cheng,C. Z. Li,Zhiyan Zhao,Y. X. Liu,Xue‐Qing Liu
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:14 (7) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adom.202503714
摘要

Abstract Efficient solar‐thermal conversion is crucial for applications including de‐icing, energy harvesting, and thermal regulation in outdoor environments. However, most existing photothermal coatings suffer from limited light absorption and poor mechanical durability, leading to performance degradation under cold and low‐irradiance conditions. Here, a durable ultra‐black superhydrophobic coating is reported and fabricated through a simple spraying process, in which carbon nanotubes (CNTs), titanium nitride nanoparticles (TiN NPs), and a fluorocarbon silane are incorporated into a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix. The resulting hierarchical micro/nanostructure exhibits an exceptionally low reflectance of 0.66%, excellent water repellency, and strong anti‐icing capability. The micro/nanostructured surface morphology efficiently traps incident light, while the TiN and CNTs form a synergistic system where localized surface plasmon resonance (LSPR)‐induced near‐field enhancement significantly amplifies the photonic absorption, thereby improving broadband light harvesting and photothermal conversion. Under 1 sun irradiation, the coating rapidly heats to 70.1 °C, achieving efficient defrosting and de‐icing. Even at −10 °C under 0.3 sun, the temperature rise is fourfold higher than that of TiN‐free coatings. Moreover, TiN NPs enhance CNT dispersion and strengthen the filler‐matrix interface, yielding excellent durability. This work provides a simple and scalable strategy for multifunctional photothermal coatings with reliable performance in energy‐limited cold environments.
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