科研:全能涂层,可应用家庭工业环境及托儿所

四月 25, 2018
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Mathew Boban, 材料科学及工程研究生助理, 将十六烷油(hexadecane oil)倒在已涂有“超疏液” (superomniphobic) 涂层的载玻片。 这个以石油为主充满粘性的润滑液轻易地脱落于载玻片。 图片来自:Robert Coelius, Michigan EngineeringMathew Boban, 材料科学及工程研究生助理, 将十六烷油(hexadecane oil)倒在已涂有“超疏液” (superomniphobic) 涂层的载玻片。 这个以石油为主充满粘性的润滑液轻易地脱落于载玻片。 图片来自:Robert Coelius, Michigan Engineering 

涂层已广泛应用在多种产品的表面,手机萤幕、键盘、相机镜头等……但涂层多半只能排斥特定的液体,密西根大学材料科学团队近日展示了一种新的全能涂层,光滑、耐用、清晰,还可迅速脱水、油、酒精甚至是难以清理的花生醬。

这是密西根大学副教授 Anish Tuteja 实验室针对涂层一系列突破性研究的最新成果。该团队过去研发出排斥冰和水的耐久涂层,以及可排斥几乎所有液体轻便的涂层。

此次亮相的新型涂层结合了先前两项优点,不但能排斥所有液体、也非常耐用且透明,同时可以轻易应用于任何表面。Tuteja 认为,这种涂层可应用家庭、办公及工业环境。

Tuteja 表示,他们正在考虑各种可能的行业运用,托儿所也是选项之一:”我家中有一个 2 岁的孩子,所以对我来说,这个项目不仅是关于科学。”

但团队究竟是如何兼顾耐用与阻挡性(repellent)。Tuteja 解释,过去传统材料科学多半采取的是混合并观察(mix-and-see)方法,将非常耐用的物质和非常具阻挡性的物质混合在一起,但这并不总能产生1+1=2 的结果。

团队运用了全新的系统性方式,透过记录大量物质库的基本属性,以数学方式预测任意两个物体组合时产生的变化,这也让他们能在几乎无穷无尽的组合中,找出有特定特性的需求元素。

研究当中,团队发现比起单纯的耐用与阻挡性,一种称为部分混溶性(partial miscibility)的特性更重要──这是一种可让两种物质以完全正确的方式混合在一起的能力,即使两个物质本身的耐用性较差,合在一起后却更耐用的特性。

尽管如此,调整这种涂层的混溶性也是特殊的挑战。为了制作光学透明且光滑的多功能涂层,团队需要找到阻挡性物质与具恰到好处混合性的高黏著剂,并在加工和干燥过程中保持涂层光滑。

研究小组最终发现氟化聚氨酯(fluorinated polyurethane)和一种称为 F-POSS 的混合物可满足他们的需求。这种混合物可喷涂、刷涂、浸渍或旋涂到各种各样的表面,并与其紧密结合,虽然表面还是会被锋利的物体划伤,但它在日常使用中经久耐用,同时也能保持光学清晰。

为了确保涂层能在托婴中心等场所无毒使用,研究团队也还在进一步研究,Tuteja 估计涂层可能会在未来两年上市,尽管 F-POSS 现在非常罕见且昂贵,但制造商正扩大量产,再加上氟化聚氨酯非常便宜,Tuteja 相信当涂层面向市场时,价格会非常亲民。

这种涂料还可用于冷冻、发电、炼油等所有需要液体冷却的产业,这种新型涂料将更快分解设备上的冷却水和化学物品,将效率大幅提升 20%。考量到液体冷却的广泛应用性与旧有的高耗能性,这项研究如果顺利进行,将能改变许多产业。