类型a：原创研究学术报告

作者及机构
本研究由Yongquan Liu、Sanwei Hao、Jun Yang、Jifei Zhang、Jialong Wen、Wenfeng Ren、Bing Wang、Ling-Ping Xiao、Changyou Shao和Runcang Sun共同完成。主要作者来自大连工业大学（Dalian Polytechnic University）的辽宁省木质素化学与生物质材料重点实验室（Liaoning Key Laboratory of Lignocellulose Chemistry and Biomaterials）以及北京林业大学（Beijing Forestry University）的材料科学与技术学院。研究发表于《Advanced Functional Materials》（Adv. Funct. Mater. 2025, e25840）。

学术背景
本研究属于功能材料与可持续能源领域，聚焦于开发一种兼具光热转换和疏水特性的生物基弹性体（bio-based elastomer），用于可持续的防冰/除冰（anti-/de-icing）应用。传统的光热疏水材料多依赖石油基原料，存在环境持久性和毒性问题。因此，开发基于生物质（如木质素，lignin）的可再生材料成为迫切需求。本研究旨在通过无溶剂开环聚合（solvent-free ring-opening polymerization, ROP）将α-硫辛酸（α-lipoic acid, LA）与木质素（alkali lignin, AL）结合，制备一种高性能、可自修复（self-healing）的光热疏水弹性体（LPAT），以解决传统材料的局限性。

研究流程
1. 材料合成与表征
- 合成方法：通过熔融混合（melt mixing）将LA加热至130°C形成透明液体，随后加入AL、植酸（phytic acid, PA）和离子液体（ionic liquid, IL），冷却后得到LPAT弹性体。
- 结构表征：采用X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析材料的结构特性，确认了非晶态网络和氢键相互作用的存在。
- 力学性能测试：通过拉伸试验评估弹性体的断裂应力（4.45 MPa）和韧性（2.79 MJ·m⁻³），并验证其抗撕裂性能（撕裂能量4230 J·m⁻²）。

1. 功能性能测试

   • 疏水性：测量水接触角（water contact angle, WCA）达127.61°，并验证其在拉伸、热循环和化学环境下的稳定性。
     
   • 光热转换：在模拟太阳光（0.2 W·cm⁻²）下，LPAT表面温度可达135°C，光热转换效率为66.9%（808 nm激光）。
     
   • 自修复性能：通过动态二硫键（disulfide bonds）和氢键作用，LPAT在室温下实现80%的自修复效率，水下粘附强度达2.4 MPa。
     

2. 应用验证

   • 防冰/除冰测试：在-20°C条件下，LPAT可在400秒内融化3 mm厚的冰层，并通过疏水表面延迟冰核形成。
     
   • 耐久性：经过100次拉伸循环和30天水浸泡后，材料仍保持75%的力学性能和疏水性。
     

主要结果
1. 力学与自修复性能：LPAT的高韧性源于二硫键和氢键的协同作用，其断裂应变（987%）和模量（0.43 MPa）优于多数已报道的硫辛酸基材料。
2. 光热与疏水协同效应：木质素的π-π共轭结构（π-π conjugation）实现了高效光热转换，而表面粗糙度（surface roughness）和低表面能（low surface energy）赋予其持久疏水性。
3. 环境稳定性：LPAT在UV辐射、酸碱环境和机械磨损下均表现出优异的性能保留率。

结论与价值
本研究成功开发了一种全生物基光热疏水弹性体，其创新性体现在：
1. 科学价值：为木质素的高值化利用提供了新途径，并揭示了动态共价键与非共价键协同增强材料性能的机制。
2. 应用价值：LPAT可作为新一代可持续防冰涂层，适用于风力涡轮机、输电线路等极端环境，减少对化石燃料的依赖。

研究亮点
1. 材料设计：首次将木质素作为光热填料与硫辛酸动态聚合物结合，实现了可再生、可降解与高性能的统一。
2. 多功能集成：单一材料同时具备光热转换、疏水、自修复和强粘附性，突破了传统材料的性能瓶颈。
3. 环境友好性：全生物基成分和可回收性（thermal reprocessability）符合绿色化学原则。

其他有价值内容
研究还展示了LPAT的自清洁（self-cleaning）能力，通过水滴滚动去除表面污染物，进一步扩展了其在建筑和能源设备中的应用潜力。