伊利諾伊州香檳市——研究人員找到了一種方法，可以使超薄表面涂層足夠堅固，能夠經(jīng)受住劃痕和叮咬。這種結合薄膜和自修復技術開發(fā)的新材料具有幾乎無窮無盡的潛在應用，包括自清潔、防冰、防霧、抗菌、防污和增強熱交換涂層，研究人員說。
新研究發(fā)現(xiàn)，在其骨架中包含動態(tài)鍵網(wǎng)絡的特殊聚合物的快速蒸發(fā)特性有助于形成納米級厚度的防水、自修復涂層。這項由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校機械科學與工程教授Nenad Miljkovic和材料科學與工程教授Christopher Evans領導的研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。
在這項研究中，Miljkovic 小組的主要重點是通過在冷凝器中使用這些類型的涂層來提高蒸汽發(fā)電廠的效率，蒸汽發(fā)電廠是全球最大的電力生產(chǎn)商。該研究的共同主要作者、研究生研究助理馬景成說：“將涂層涂在冷凝器表面時，可以使它們更防水，更有效地形成水滴，從而優(yōu)化傳熱。”
研究人員說，當用于蒸汽發(fā)電廠時，薄涂層可能會遇到許多耐久性問題。涂層可能會在數(shù)周甚至數(shù)小時內(nèi)分解。如此短的壽命使得涂層在現(xiàn)實世界中的應用變得不切實際，這一直是機械和材料科學領域八十年來的基本挑戰(zhàn)。較厚的涂層可能更耐用，但它們會減少熱傳遞并削弱涂層的相關優(yōu)勢。
先前的研究表明，大多數(shù)超薄涂層一旦固化到表面上就會產(chǎn)生微小的針孔缺陷。研究人員表示，蒸汽會穿透這些缺陷，導致涂層逐漸分層，因此他們的目標是開發(fā)一種無針孔、防水的薄膜，并將蒸汽發(fā)電廠的整體能源效率提高幾個百分點。
“自愈材料可以自行回收和再加工，”埃文斯說。“我們發(fā)現(xiàn)我們可以成功地利用動態(tài)鍵所帶來的愈合，使涂層能夠自我修復以應對劃痕或防止針孔生長。”
這種被稱為 dyn-PDMS 的材料可以很容易地浸涂到硅、鋁、銅或鋼等各種表面上的納米層材料上。
“我們能得到如此薄的層的一個原因是反應中使用的溶劑蒸發(fā)得非?？?，只留下聚合物，”埃文斯說。“此外，一旦固化，材料就會非?？焖俚刈晕倚迯蛣澓?mdash;—速度太快以至于很難實時觀察。我們在材料的大塊樣品中沒有看到這種行為——只有在薄膜中，這是我們現(xiàn)在試圖回答的問題。”
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