完美体育官方网站低温下的结冰现象为各种工业和民用应用带来了重大的操作挑战和安全风险。目前的防冰 / 除冰策略主要有主动和被动两种。主动除（防）冰技术，包括机械、热力和化学方法，因其快速高效而得到广泛应用。然而，这些方法是能源密集型的，需要外部能源成本。通过将光热效应与设计的辐射特性和表面润湿性相结合的被动除（防）冰由于其灵活、零能耗等优势受到了广泛关注。掺杂光热颗粒可以有效吸收阳光并将其转化为热量，提高表面温度并融化冰。大多数光热除冰都集中在全太阳光谱中的太阳吸收上。然而，也需要透明的光热除冰。透明或半透明设备（如窗户、挡风玻璃、眼镜和滑雪护目镜）的应用要求在可见光范围内具有高透射性。本文作者通过在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基体中掺杂等离子体纳米粒子，提出并优化设计了一种新型的透明光热薄膜PMMA-iAg。研究结果表明， PMMA-iAg 膜可以实现 93% 的 UV 和 NIR 吸收率以及 80% 的可见光透射率。

　　目前，已有许多研究在透明光热涂层除冰上取得了进展。但除冰的应用仍存在一些制约因素。首先，大多数透明光热膜在透明性和光热性能之间没有良好的平衡完美体育。其次，用于除冰的透明光热膜的总体评估方法依然欠缺。第三，当表面润湿性与除冰的太阳辐射特性相结合时，视觉体验尚未有研究报道。作者针对以上问题，对其提出的透明光热膜PMMA-iAg进行了多维度的研究。

　　作者首先对掺杂不同等离子体纳米颗粒的PMMA膜的光学特性进行了计算。本研究中使用的等离子体纳米颗粒为铟锡氧化物（ITO）纳米球和银纳米柱（AgNCs）。对于单个ITO颗粒与AgNC的辐射特性分别使用Mie理论和离散偶极近似（DDA）方法计算，Mie理论可以在直接求解Maxwell方程的基础上提供球形纳米颗粒辐射特性的精确解，它适用于各种直径和成分的球形纳米颗粒，而DDA方法则适用于具有任意几何形状的纳米颗粒。透明光热膜中的光传输过程则是通过蒙特卡罗射线追踪（MCRT）方法算得，以获得透明光热膜的吸光度、反射率和透射率。

　　图1.(a) 透明光热膜示意图；(b) 通过覆盖有冰滴的膜的光传输示意图。

　　图2 显示了 PMMA 基体和两种透明光热膜在太阳光谱中通过等离子体纳米粒子掺杂的吸收率和透射率。可以看到， PMMA 膜在太阳光谱中获得了最高的透明度和最低的吸光度，这使其成为透明光热膜的理想基底。掺杂 ITO 纳米球可以显著增强在紫外线（ UV ）和近红外波段的吸收， PMMA-Ag 膜则在 800 ～ 1000 nm 的波长范围和 UV 范围内实现了光学选择性吸收。 PMMA-Ag 和 PMMA-ITO 薄膜的光谱吸收在 UV 和 NIR 中高度互补，以实现具有高光学选择性的透明光热薄膜。此外， PMMA-Ag 和 PMMA-ITO 膜在可见光区域都具有高透射率。因此，这两种粒子的组合在透明光热薄膜中是非常优选的。

　　图3 和 图4 分别显示了纳米颗粒的体积分数和掺杂浓度比对透明光热膜吸光度、透射率和反射率的影响。从 图3 可以看到，增大可以显著增强光热膜的吸光度，但随之而来的是，可见光透射率的显著降低。因此，需要进一步的研究来权衡好纳米颗粒的优化体积分数。而在 图4 中可以看到，随着颗粒掺杂浓度比的增加，太阳能吸收显著降低，可见光区域的透射率迅速增加，而反射率对颗粒掺杂浓度并不敏感。

　　图3. 不同纳米颗粒体积分数的光学特性参数：(a)∼(c)吸收率；(d)∼(f) 透射率和反射率。

　　图4. 不同纳米颗粒掺杂浓度的光学特性参数：(a)∼(c)吸收率；(d)∼(f) 透射率和反射率。

　　用于防冰/除冰的透明光热膜应在可见光谱中具有优异的透射率，并能有效吸收太阳辐射的其他部分。理想的无反射透明光热薄膜的光谱吸光度如 图5 所示。理想的透明光热薄膜在380～780nm的可见光范围内具有完全的透射率，其余的太阳辐射（紫外线和近红外）被完全吸收。然而，透明光热薄膜的光谱吸收率不可避免地会偏离理想值。为此，作者提出了一个评价透明光热薄膜光学性能的标准“理想光谱偏差度”sT。 图6(a) 和 (b) 分别绘制了PMMA-iAg薄膜的sT与颗粒掺杂浓度比和体积分数的关系图。当薄膜的颗粒掺杂浓度比高于4×103时，在体积分数为15%时，sT最低。

　　图7显示了两种不同因素耦合条件下的理想光谱偏差度sT。可以看到，当颗粒掺杂浓度比较低时，sT对颗粒掺杂浓度比对的变化更加敏感。sT随掺杂浓度比的减小而迅速增大，且大颗粒掺杂浓度比高于8×103，fv为10%至35%时，PMMA-iAg的透明光热膜具有更好的光学性能完美体育。

　　作者选择了颗粒掺杂浓度比为1×104、fv为35%的材料作为优化透明光热膜，并将其吸光度、可见光透射率与理想光谱和文献中的数据进行比（图8）。可以观察到，该膜在可见光谱范围内具有优异的透射率，在其余的太阳辐射中具有优异的吸收率，这不仅有利于提高光热性能，而且有利于提高人眼的舒适度。

　　图8. 本文透明光热膜与其他研究的比较：(a)吸光度；(b)可见光透射率。

　　之后，作者研究了覆盖冰滴条件下优化膜的光传输过程。 图9 绘制了覆盖有冰滴的透明光热膜的加权透射率Ttotal作为表面接触角qc的函数。结果显示，冰滴覆盖了具有亲水表面的薄膜，使得qc50° 并且超疏水表面具有更好的透射性能。疏水性和超疏水性表面呈现雾状。对于需要高视觉体验的应用，超亲水表面是优选的。

　　作者在本研究中，通过在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基体中掺杂氧化铟锡（ITO）纳米球和银纳米柱（AgNCs），提出了一种具有高光学选择性的透明光热除（防）冰膜。系统地研究了颗粒掺杂浓度比和体积分数 fv 的影响。提出了一种新的评估标准完美体育，即“理想光谱偏差度” sT ，用于评估透明选择性光热薄膜的光学性能。所提出的薄膜可以分别实现 80% 的可见光透射率、 66% 的太阳吸收率以及 93% 的 UV 和 NIR 吸收率。更重要的是， UV 被灵巧地吸收而不是透射，有利于人眼。此外，作者还研究了覆盖冰滴条件下优化透明光热膜的视觉体验。这项工作为开发用于防冻和除冰的高效透明光热膜提供了指导。

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