该文档属于类型a，是一篇关于新型长效抗雾涂层的原创性研究论文。以下是针对该研究的学术报告：
长效稳定抗雾涂层的创新设计：基于自由体积调控与光热协同策略
1. 作者与发表信息
本研究由大连理工大学（Dalian University of Technology）的Cijian Zhang、Beitao Liu、Shengyuan Yu等团队合作完成，通讯作者为Zhihuan Weng教授。研究成果发表于Nature Communications期刊，发表日期为2025年，文章编号16:9003，DOI: 10.1038/s41467-025-64055-0。
2. 学术背景
科学领域：本研究属于功能材料与表面工程交叉领域，聚焦于抗雾涂层（anti-fogging coatings）的设计与性能优化。
研究动机：表面雾化（surface fogging）是当环境温度接近或低于露点时，水蒸气冷凝形成微滴导致的光散射现象，严重影响眼镜、车窗、太阳能板等透明界面的光学性能。现有抗雾策略分为两类：
- 被动策略（passive strategy）：通过表面化学改性（如疏水或亲水涂层）调控水滴行为，但面临耐久性不足（疏水涂层易被纳米级冷凝破坏，亲水涂层因溶胀导致透明度下降）和机械稳定性差的问题。
- 主动策略（active strategy）：依赖外部能量输入（如光热效应）抑制冷凝，但现有光热涂层常因过度着色牺牲透明度，且性能受光照条件限制。
研究目标：开发一种结合被动亲水吸湿与主动光热除雾的双功能涂层，通过分子层面的自由体积（free volume）工程和氢键网络优化，实现长效稳定的抗雾性能。
3. 研究流程与方法
3.1 涂层设计与合成
- 材料体系：以聚乙烯醇（PVA）为交联骨架，引入含磺酸基团（-SO₃H）的扭曲非共面结构聚合物（sulfonated poly phthalazinone ether sulfone ketone, SPPESK），通过氢键交联形成亲水网络。
- 自由体积调控：SPPESK的扭曲结构增加分子自由体积，提升水分吸收能力（比传统PVA涂层高2.14倍）并延长抗雾时间。
- 光热组分集成：掺入铯钨青铜（cesium tungsten bronze, CTB）纳米颗粒，选择性吸收紫外/近红外（UV/NIR）光（占太阳能的56%），同时保持92%的可见光透明度。
3.2 实验验证
- 抗雾性能测试：
- 热蒸汽测试（85°C水浴）：PVA-SPPESK涂层在25 μm厚度下维持30分钟近透明状态，而纯PVA涂层5分钟内失效。
- 冷雾循环测试（ΔT=30°C，RH=95%）：10次循环后涂层透光率>90%，表面粗糙度仅增加1.28 nm。
- 光热性能测试：
- 在1太阳辐照度（1 kW/m²）下，涂层表面温度升高28.5°C，除雾速度比未处理表面快3.5倍；即使在0.2太阳辐照下仍有效。
- 耐久性测试：
- 机械稳定性：通过ASTM D3359标准粘附测试（5B级），且弯曲、折叠后无机械损伤。
- 环境耐受性：30天UV照射、8次吸水-干燥循环后性能无衰减。
3.3 机理分析
- 自由体积效应：通过分子动力学模拟和正电子湮灭寿命谱（PALS）证实，SPPESK的双峰孔隙结构（4.48 Å/2.00 Å）分别促进水分快速扩散（大孔）和强氢键保留（小孔）。
- 界面相互作用：SPPESK的扭曲结构使磺酸基团充分暴露，最大化氢键密度，抑制离散水滴成核，促进连续水膜形成。
4. 主要结果与逻辑关联
- 结果1：PVA-SPPESK涂层的自由体积优化使其在85°C蒸汽下抗雾时间延长至30分钟（图2c），为后续光热集成奠定基础。
- 结果2：CTB纳米颗粒的引入使涂层在1太阳辐照下实现57°C表面升温（图3d），验证了主动/被动协同的可行性。
- 结果3：实际场景测试（眼镜、汽车挡风玻璃、温室薄膜）显示涂层在湿度40–60%环境中抗雾效果可持续60天（图5），推动实验室成果向应用转化。
5. 研究结论与价值
- 科学价值：揭示了自由体积与氢键网络对抗雾性能的协同调控机制，为设计高性能亲水涂层提供了新范式。
- 应用价值：涂层兼具高透明度（>90%）、长效抗雾（60天）和光热除雾功能，适用于眼镜、车窗、光伏面板等多种场景。
6. 研究亮点
- 创新方法：首次通过扭曲非共面结构调控自由体积，结合双峰孔隙设计优化水分传输与保留。
- 性能突破：在相同厚度下，抗雾时间比现有亲水涂层提高6倍，且光热性能不依赖高填充率。
- 跨学科工具：创新应用光纤布拉格光栅（FBG）传感器实时监测涂层内部应力变化（图2d-f）。
7. 其他价值
研究提出的“高容量-适度速率”（high-capacity, moderate-rate）水分吸收策略（图2a-b），为湿度响应材料设计提供了普适性指导。
该研究通过分子设计与多尺度表征，实现了抗雾涂层的性能飞跃，为可持续光学表面工程开辟了新途径。