本项目面向管道长期运行过程中的结垢难题，研究对象聚焦于换热器、流体输运、油气集输、地热管线等典型工程场景。此类系统在运行过程中普遍存在钙盐、复合盐、有机物或腐蚀产物沉积，垢层持续累积后会造成管内压力升高、有效通流截面缩小、换热和输送能力下降、系统能耗增加，并可能诱发垢下腐蚀与局部失效。传统化学清洗和机械清洗虽然能够阶段性去除积垢，但往往伴随停机维护、药剂污染、设备腐蚀和清洗后快速复垢等问题，难以满足管道系统低维护、连续运行和绿色治理的需求。

项目的核心思路是将液晶弹性体（Liquid Crystal Elastomer，LCE）作为温敏自响应材料，引入到管道内壁或模拟管壁表面。LCE 在温度变化下能够产生可逆形变，当管道工况温度发生升降时，涂层表面的周期微结构会发生“起伏—平整—恢复”的形貌变化，从而在垢层与涂层界面引入周期性剪切扰动、剥离扰动和局部应力集中。与单纯降低表面能的被动防垢表面不同，本项目希望利用材料本体的温度响应能力，把管道温变由“结垢诱因”转化为“除垢驱动源”，实现非化学、原位、可循环的主动除垢。

围绕这一思路，项目采用“仿真建模—材料制备—实验验证”的闭环技术路线：首先建立基底—涂层—垢层界面脱附模型，分析不同波形、垢层厚度和粘附参数对脱附行为的影响；其次通过硫醇–丙烯酸酯两步法制备具有热致形变能力的 LCE 微结构材料，并进一步利用 PEGDA 调控响应温度；最后开展平面碳酸钙结垢实验、管道涂覆工艺开发和可视化自清洁实验，验证温敏涂层在模拟结垢环境中的除垢效果。

项目总体目标是开发一种能够利用管道自身温度变化实现界面扰动与垢层脱附的自响应温敏微结构材料，形成从界面脱附机理、LCE 材料制备、响应温区调控到管道内壁涂覆与除垢验证的完整研究方案。具体目标包括以下几个层次：

1.       建立面向管道除垢的界面脱附力学模型，明确垢层、LCE 涂层和基底之间的界面失效过程，分析褶皱波形、垢层厚度、界面断裂能等参数对脱附效果的影响，为微结构设计提供理论依据。

2.       形成可复现的 LCE 微结构材料制备工艺，通过硫醇–丙烯酸酯迈克尔加成与紫外二次固化实现多畴 LCE、单畴 LCE 及周期波纹微结构 LCE 的稳定制备。

3.       验证 LCE 材料的基础热响应性能，包括热致收缩、波纹高度变化、透光率变化和循环响应稳定性，证明其能够在温度变化下输出可逆形变。

4.       评价 LCE 表面对模拟结垢液的抗铺展能力和热触发除垢能力，建立“表面润湿性—热致应变—垢层开裂/脱附”的除垢作用逻辑。

5.       通过 PEGDA 含量和分子量调控 LCE 的相转变温度，探索响应温区下移与力学性能保持之间的平衡，使材料响应更接近真实管道工况。

6.       开发面向管道内壁的 LCE 涂覆与取向工艺，搭建可视化动态结垢与温度触发自清洁实验平台，完成涂层管道与空白管道的对比验证。

项目形成了从“界面脱附机理分析—LCE 温敏微结构材料制备—管道涂覆工艺开发—除垢实验验证”的完整研究成果。首先，建立了基底–涂层–垢层界面脱附仿真模型，明确了波形、垢层厚度和界面参数对脱附行为的影响，为微结构设计提供了依据；其次，开发了基于硫醇–丙烯酸酯两步法的 LCE 制备工艺，成功制备出具有可逆热致形变能力的波纹微结构材料，并通过接触角、透过率、热致应变和循环耐久测试验证了其基础性能；同时，利用 PEGDA 对 LCE 相转变温度进行调控，使材料响应温区更接近实际管道工况；最后，完成了平面碳酸钙结垢实验和管道循环除垢验证，证明 LCE 微结构可在温度触发下产生界面扰动，促进垢层开裂、松动和脱附，实现非化学、原位、可循环的主动除垢效果。