在未來智能技術的藍圖中，具備智能顯示、自主熱管理和自清潔功能的多功能玻璃面板，將變得不可或缺。其中，具有自主除冰和防霧能力的透明面板在高緯度冬季條件下尤為重要。市場分析預測，到2027年，全球高透明度防冰防霧材料的市場規模將超過100億人民幣。然而，傳統的除冰方法（如機械刮擦、電加熱和微波輻射）通常耗時、耗能且缺乏實時調節性，阻礙了其實際部署。近期的研究嘗試將低黏附表面與光熱材料結合，以實現無需外部能源的被動太陽能驅動除冰和自清潔。但智能面板的高透明度基本要求，往往與高效的光熱防冰性能相沖突。超疏水或超滑涂層通常通過微/納結構實現，這會散射和反射可見光，從而降低透明度。同時，有效的光熱轉換需要強光吸收以產生熱量，而高透明度則要求在可見光譜內吸收最小，導致光學透明度與光熱性能之間存在固有的權衡。為解決這一困境，一種有前景的策略是調控材料的吸收光譜，使其在近紅外和紫外線區域最大化吸收，同時保持可見光透過。然而，傳統策略通常無法在200-2000 nm的整個范圍內實現寬帶吸收，且在達到滲流閾值所需的高納米填料負載量往往會嚴重損害透明度。

本文介紹了一種在液-液界面通過馬蘭戈尼流驅動自組裝的技術，制備了厚度低至2.5納米的單層橋接MXene薄膜。該薄膜實現了高效的光電滲流，從而在低負載量下促進了快速的光熱轉換。該復合透明光熱超疏表面不僅利用太陽能實現自主防霧和自加熱，還能在嚴酷的戶外條件下實現快速自清潔和被動除冰。

為在保持光學透明度的同時最大化光熱轉換，有必要調整材料的吸收帶寬，以在近紅外/紫外線區域實現寬帶吸收，同時抑制可見光吸收。MXene材料家族中的Ti₃C₂T_x，憑借其極高的自由載流子密度、豐富的表面官能團和表面等離子體共振效應，展現出優異的寬帶光學吸收特性。通過液-液界面自組裝技術，將剝離的單層Ti₃C₂T_{x>懸浮液噴涂到己烷-水界面，異丙醇和水之間的表面張力梯度誘導的馬蘭戈尼流，促進了MXene納米片的快速鋪展、定向和單層自組裝。如圖1d和1e所示，僅需數十滴溶液，即可覆蓋10 cm²的面積，顯著提高了MXene薄膜的滲流閾值，同時大大降低了材料消耗和制造成本。在合適的濃度下，自組裝的單層MXene薄膜厚度僅為2-4納米，保證了可見光范圍內的高光學透過率。薄膜中約80.15%的MXene納米片呈單層有序排列，少數堆疊的多層（約4.2納米厚）可作為有效的橋接，從而增強了MXene納米膜的電學連通性。這種互連的MXene框架極大地增強了帶間躍遷、表面等離子體共振和寬帶光吸收，帶來了優異的光熱轉換效率。}

得益于單層自組裝MXene層，復合薄膜保持了出色的光學透明度。如圖2a所示，透過MXene涂層薄膜觀看的風景清晰生動，證明了其優越的透明度。紫外-可見分光光度分析進一步表明，超薄MXene薄膜在整個可見光區域具有出色的透光率。特別在550納米波長處，單層MXene薄膜的透光率高達94.3%。即使堆疊三層，透光率仍超過82.5%。值得注意的是，雖然層數和薄膜厚度的增加會降低透明度，但由于更好的電學連通性，它們同時增強了光熱轉換性能。例如，單層超薄MXene在一個太陽光照下可實現14.8°C的表面溫升；而堆疊三層時，溫升可達25.1°C ± 2.9°C，同時仍保持82.5%的透光率，成功平衡了高透明度和高效光熱活性的競爭需求。

全光譜分析揭示了這種協同效應的基本原理：MXene薄膜表現出超高的可見光透過率（> 80%），同時在紫外線和近紅外區域具有意想不到的寬帶吸收。當MXene的滲流網絡超過其臨界滲流閾值時，片間隧穿躍遷主導了可見光區域的帶間吸收。這使得局部等離子體共振轉變為在滲流閾值之上的、無明顯窄峰的離域寬帶吸收，類似于“有損金屬薄膜”。強電子散射和片間耦合提供了寬帶傳導損耗，從而使寬光譜范圍內的光能被高效轉化為熱量，而不是被透射或反射。因此，計算TPSS在不同波長波段的能量吸收，發現在可見光區域的能量吸收僅為38%，而在紫外線和紅外線區域的能量吸收高達62%。因此，在太陽光照射下，透明的TPSS₃可在120秒內實現約24.5°C的快速升溫，足以快速融化冬季玻璃表面的霜和冰層。與傳統的噴涂貴金屬或碳基薄膜等方法相比，液-液界面自組裝技術制備的TPSS的光熱效率相比傳統光熱材料提高了三倍以上。

為實現低溫條件下的有效防冰和防霧，不僅需要光熱轉換層，還需引入便于熔融冰自清潔的低黏附表面。盡管傳統的超親水表面已被廣泛用于防止霧滴形成，但其固有的高表面能使其極易被有機污染物污染。為解決此問題，我們在MXene薄膜表面旋涂了高度透明、注入潤滑劑的PDMS凝膠，以形成超滑表面。這種注入潤滑劑的超滑表面使得包括染料溶液、有機溶劑、無機鹽溶液和納米顆粒懸浮液在內的多種液體污染物得以快速自清潔。相比之下，在沒有SLIPS涂層的常規PET基底上，水溶液中的染料分子傾向于殘留在表面，而透明的PDMS油凝膠層能有效防止污染。即使暴露于大量固體顆粒后，通過水滴沖洗也可實現快速自清潔，進一步保持材料的光學透明度。這種卓越的性能歸功于超滑表面的低表面能和自清潔特性。與需要犧牲光學透明度的微/納結構超疏水表面不同，光滑的SLIPS可以涂覆在光熱層上，而不會損害透明度或光熱轉換效率。

得益于PDMS涂層的超低平均厚度，MXene層產生的光熱加熱可被有效地傳遞到外部的PDMS表面，熱損失可忽略不計。此外，基于PDMS的超滑層可作為保護性封裝層，隔離氧氣和水分的侵蝕，從而減輕內部MXene的濕氧化和光氧化。經過高達90%濕度和365納米紫外燈連續照射等嚴酷環境循環測試后，TPSS的升溫性能沒有明顯退化，且未觀察到分層、腐蝕或滑性喪失。XRD和XPS表征也證實，經相同處理后，TPSS內的MXene層結構保持穩定，而未經保護的裸MXene薄膜則被嚴重氧化。系統的耐久性測試，包括模擬雨水沖擊和沙塵磨損，進一步證明了超滑PDMS覆蓋層在模擬雨水和沙塵暴條件下賦予了TPSS優異的機械耐久性。

為評估TPSS₃在低溫條件下的防冰和防霧性能，我們構建了一個定制的環境箱。在一個太陽光照下，TPSS₃的表面溫度即使在環境溫度約為-20°C時，也能在5分鐘內迅速升高至7.9°C。此時，在其表面沉積一滴冰冷水不會導致結冰。此外，得益于超滑界面的超低黏附力，未凍結的水滴在傾斜水平表面后可迅速滑落。相比之下，僅涂覆油凝膠的樣品，其表面雖可略微延遲結冰，但殘留的水滴最終仍會凍結。同時，TPSS₃在寒冷潮濕的環境中表現出優異的防霧性能，可防止納米級霧滴或霜層的凝結。由于在太陽光照射下可產生24.1°C的顯著溫升，TPSS₃即使在-20°C和90%相對濕度的環境下也能保持無凝結表面。而缺乏MXene層的超滑表面上，在低溫下會迅速積聚并持續附著嚴重的霜。

值得注意的是，超薄MXene薄膜可以很容易地組裝在柔性基底上。例如，當自組裝的MXene薄膜應用于柔性PET時，所得的薄膜可以自由彎曲和變形而不會損壞。因此，涂覆了TPSS₃的PET薄膜也可以部署在傳統方法難以涂覆的基底上，例如曲面眼鏡鏡片或汽車擋風玻璃，實現太陽能驅動的防霧和自清潔功能。例如，在眼鏡鏡片上應用TPSS₃涂層，即使在佩戴口罩時暴露于溫暖的呼出空氣，也能在戶外提供有效、低功耗的防霧功能。在春季和冬季的高緯度地區，傳統鏡片在接觸呼出氣體時會迅速積聚冷凝微滴，導致起霧而模糊視線。相比之下，涂有TPSS₃的透明鏡片不僅可以防止微滴凝結，還能保持光學清晰度，從而顯著降低因能見度引發的事故風險。

除了防冰和防霧能力外，光熱超滑表面能夠自主去除凝結的冰層或霜層，凸顯了這種新型防冰材料的應用潛力。為證明此特性，將預冷凍的TPSS樣品放入環境箱。在一個太陽光照下，隨著表面溫度升高至7.3°C，TPSS頂部的凍結冰層逐漸融化，并在10分鐘內，融水迅速從傾斜的超滑表面滑落，留下干凈透明的基底。相比之下，僅涂有超滑表面的PET基底在太陽照射1小時后仍無法融化表面冰。同樣，當TPSS上預覆霜層時，在光照5分鐘內便開始融化，形成表面微滴。這些微滴在重力作用下，得益于超滑表面的超低黏附力，被迅速從表面移除。這種高效的自清潔源于MXene薄膜的光熱特性和超滑表面自清潔性能的協同效應。為了實際評估高透明度TPSS在建筑玻璃自主除冰應用中的有效性，我們將一塊涂有TPSS的透明PMMA板安裝在建筑模型頂部。一塊預先冷凍在TPSS表面上的冰層，在模擬陽光下暴露后，大約5分鐘開始融化。由于超滑表面的低黏附力，整個冰層在完全融化前迅速從表面滑落，沒有留下任何液體殘留。這些發現證明了在實際應用中使用太陽能驅動的TPSS涂層對透明基底進行高效、無殘留除冰的可行性。

總而言之，我們通過滲流MXene納米薄膜，實現了高光熱轉換與光學透明度相協調的透明防冰/除冰材料。馬蘭戈尼效應驅動的界面自組裝實現了臨界滲流閾值下的單層MXene網絡，從而實現了寬帶光吸收。得益于在紫外線和近紅外波段的高吸收比例，具有82.5%可見光透過率的自組裝超薄MXene薄膜在100 mW cm^-2光照下表現出高溫升。因此，結合超滑表面，復合TPSS具備快速除冰、防霧、抗污染和機械柔性的性能。在眼鏡和建筑玻璃上的戶外驗證，突顯了其在極端氣候下的實用性。這項工作為智能窗戶、汽車光學和可穿戴設備提供了一種可規模化、能源自給的解決方案，彌合了透明度與疏冰性之間的鴻溝。