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(jiān)固，能夠經(jīng)受住劃痕和叮咬。這種結(jié)合薄膜和自修復(fù)技術(shù)開(kāi)發(fā)的新材料具有幾乎無(wú)窮無(wú)盡的潛在應(yīng)用，包括自清潔、防冰、防霧、抗菌、防污和增強(qiáng)熱交換涂層，研究人員說(shuō)。
新研究發(fā)現(xiàn)，在其骨架中包含動(dòng)態(tài)鍵網(wǎng)絡(luò)的特殊聚合物的快速蒸發(fā)特性有助于形成納米級(jí)厚度的防水、自修復(fù)涂層。這項(xiàng)由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機(jī)械科學(xué)與工程教授Nenad Miljkovic和材料科學(xué)與工程教授Christopher Evans領(lǐng)導(dǎo)的研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。
在這項(xiàng)研究中，Miljkovic 小組的主要重點(diǎn)是通過(guò)在冷凝器中使用這些類型的涂層來(lái)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(shuō)：“將涂層涂在冷凝器表面時(shí)，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(shuō)，當(dāng)用于蒸汽發(fā)電廠時(shí)，薄涂層可能會(huì)遇到許多耐久性問(wèn)題。涂層可能會(huì)在數(shù)周甚至數(shù)小時(shí)內(nèi)分解。如此短的壽命使得涂層在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用變得不切實(shí)際，這一直是機(jī)械和材料科學(xué)領(lǐng)域八十年來(lái)的基本挑戰(zhàn)。較厚的涂層可能更耐用，但它們會(huì)減少熱傳遞并削弱涂層的相關(guān)優(yōu)勢(shì)。
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(huì)產(chǎn)生微小的針孔缺陷。研究人員表示，蒸汽會(huì)穿透這些缺陷，導(dǎo)致涂層逐漸分層，因此他們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種無(wú)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(gè)百分點(diǎn)。
“自愈材料可以自行回收和再加工，”埃文斯說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)我們可以成功地利用動(dòng)態(tài)鍵所帶來(lái)的愈合，使涂層能夠自我修復(fù)以應(yīng)對(duì)劃痕或防止針孔生長(zhǎng)。”
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(gè)原因是反應(yīng)中使用的溶劑蒸發(fā)得非常快，只留下聚合物，”埃文斯說(shuō)。“此外，一旦固化，材料就會(huì)非?？焖俚刈晕倚迯?fù)劃痕——速度太快以至于很難實(shí)時(shí)觀察。我們?cè)诓牧系拇髩K樣品中沒(méi)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(wèn)題。”
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