开发兼具高效光热/电热转换能力与高环境稳定性的柔性、坚固材料，仍是极端低温条件下防冰/除冰领域面临的一项关键挑战。本文，北京科技大学李志鹏 教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Flexible and robust graphene/MXene@carbon fiber composite films with highly all-weather anti-icing/deicing efficiency”的论文，研究报道了一种基于激光驱动相变和结构工程的策略，用于制备具有定制微孔结构的还原氧化石墨烯/MXene@碳纤维（rGO/MX@CF）复合薄膜。
通过精确调节激光脉冲频率，可实现氧化石墨烯的近乎完全还原（C=O键向C=C键的转化率达92%），同时诱导出亚微米级蜂窝状微孔和分级褶皱。有限元传热（HEAT）模拟结果与实验测量高度吻合，表明这些定制的微孔可最大化多次内部反射和光捕获效率，从而显著增强光热响应。优化的 rGO/MX@CF-L2 复合材料构建了一个协同的三维（3D）光热-电热网络，其中 MXene 作为导电构建单元，可抑制局部阻抗波动，从而确保出色的空间温度均匀性。在 2.5 V 的低电压或 1-sun 光照条件下，该材料分别达到 148 °C 和 120 °C 的稳态温度。此外，135.5°的水接触角赋予了该材料出色的疏水性和自清洁能力，而表面的rGO层则作为有效的钝化屏障，增强了MXene的氧化稳定性。在高强度碳纤维骨架的支撑下，该复合材料保持了61.5 MPa的高抗拉强度，并展现出卓越的长期使用稳定性，在协同光电热驱动下，可在57秒内实现完全除冰。
总而言之，通过一种快速、激光诱导的结构调制策略，成功制备了一种具有定制多孔结构的分级rGO/MX@CF复合薄膜，可用于高性能防冰/除冰应用。精密的激光加工不仅触发了氧化石墨烯的高效还原（实现了C=O键向C=C键92%的转化率），还雕刻出了亚微米级蜂窝结构，通过局部光学陷阱和多次内部反射协同增强了光吸收。该机制已通过有限元传热模拟得到验证。与此同时，集成的三维导电骨架（rGO/MX@CF）确保了快速热传导、电热均匀性以及结构完整性。因此，优化的 rGO/MX@CF-L2 复合材料在 2.5 V 电压下和 1 太阳辐射条件下分别达到了 148 °C 和 120 °C 的卓越稳态温度，通过协同光电热加热可在 57 s 内实现快速、彻底的除冰。得益于其独特的结构，该复合材料展现出135.5°的水接触角和61.5 MPa的抗拉强度，在优异的疏水性与机械强度之间实现了平衡。最后，长期老化和电化学评估证实了其出色的环境稳定性，在经历90天的暴露和严苛的热循环后，热性能未出现显著退化。这些发现凸显了激光诱导微结构调控作为一种强有力的范式，可用于提升基于MXene的功能材料的热响应性、环境稳定性和机械耐久性。
本研究开发的激光诱导局部相变和结构调控技术，其应用前景已超越防冰/除冰系统。通过调控微孔结构和界面热电性能，该技术为制造柔性电子器件、可穿戴热管理设备以及专为恶劣环境设计的功能性复合材料提供了可行途径。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121763
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