基于仿生热变色微胶囊的多级响应型超疏水涂层：绿色制备与智能温控应用

本研究受变色龙皮肤热调控机制启发，通过一步喷涂法构建了具有三级温敏变色（15-35°C区间"绿-黄-红"渐变）、超疏水（WCA>150°，SA<3°）和优异耐久性的环保涂层。创新性融合三种热变色微胶囊（TCMs）与纳米SiO2构建分级微纳结构，经十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）改性后，展现出卓越的机械稳定性（耐砂纸磨损/UV照射/化学腐蚀）和广谱基材适用性，为智能表面（thermal warning systems）和多功能防护材料提供了新范式。

Highlight

本研究通过创新性地整合三种热变色微胶囊（TCMs）与纳米二氧化硅（SiO₂）构建双尺度颗粒，采用环保型长链硅烷（DTMS）改性，开发出具有分级微纳结构的无氟超疏水涂层。该涂层在15-35°C区间呈现符合人体热感知逻辑的鲜明三色可逆转变（"绿色→黄色→红色"），其超疏水性能（水接触角WCA>150°，滑动角SA<3°）经轻度砂磨后WCA可提升至160°以上，展现出"越磨越疏"的反常特性。

Materials and reagents

环氧树脂（E-44）、纳米SiO₂（10-20 nm）和十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）购自上海麦克林生化科技有限公司。环氧树脂固化剂T-31和聚酰胺固化剂（651）来自江苏昆山利美电子有限公司。蓝/黄/红三种热变色微胶囊（TCM_B/TCM_Y/TCM_R）的变色温度分别为28°C、23°C和18°C，构成多级温度响应体系。

Wettability of the thermochromic coating

涂层C-S₂展现出最优异的超疏水性能（CA=154.4°，SA=3°），在木材、纸张、海绵等多样基材上均保持稳定拒液性。有趣的是，其对常见液体（茶、可乐、牛奶、果汁）均表现出"荷叶效应"级排斥能力，自清洁测试中能高效清除表面污染物，验证了其"一喷即净"的实用特性。

Conclusions

这项研究通过仿生设计将热变色智能响应与超疏水防护功能完美融合，突破传统涂层颜色单调（≤2色）、高氟污染、制备复杂的局限。独创的三元TCMs协同作用机制，配合SiO₂/DTMS构建的"微米-纳米"级双重粗糙结构，使涂层在机械冲击、化学腐蚀等严苛环境下仍保持"色形兼备"的特性，为建筑节能、工业预警等领域提供了革命性解决方案。