科技 | 科學家突破超疏水材料熱穩定性難題，讓熱咖啡、熱牛奶不再粘壁

日前，萊斯大學的研究人員開發出一種名為多層隔熱超疏水（MISH）的新型涂層，使其疏水特性能夠對接近沸點的水保持有效排斥。

超疏水表面具有極強的斥水性，其靈感源于荷葉，只需輕微傾斜，水滴便能滾落。然而，高溫液體一直是這類材料的主要弱點。當溫度達到 40 攝氏度時，許多超疏水涂層便會突然失去斥水能力。

為了解決這一熱穩定性難題，研究團隊設計出一種即使在液滴溫度接近 90 攝氏度時仍能保持斥水性的涂層。MISH 涂層采用雙層結構設計：底層為噴涂式聚氨酯泡沫隔熱層，頂層為市售的微紋理超疏水涂層。

底層的作用是減緩從液滴到表面的熱傳遞，從而阻止通常會導致斥水所需氣穴被破壞的快速蒸發-冷凝循環。研究的通訊作者、萊斯大學機械工程助理教授丹尼爾 ·J· 普雷斯頓博士解釋道：“隔熱層減少了界面處熱液滴的冷卻，進而減少了通常會使冷凝物淹沒表面紋理的蒸發和再冷凝循環。表面紋理中的冷凝物越少，意味著液體橋接越少，斥水性就能得以保持。”正是由于避免了這些冷凝橋的形成，即使是接近沸騰的液滴也能繼續滑落。

普雷斯頓進一步指出，以往解決這一難題不僅困難，成本可能相當于他們這種方法的 4000 倍。“我們還證明了，這種方法在實驗室外、現實世界的各種大尺寸和曲面表面上也能發揮作用，從管道到碗碟再到工業設備，無不如此。”

研究人員對涂層樣品進行了為期一周、近 200 萬次熱液滴沖擊的嚴苛測試。傳統涂層幾乎立即失效，而 MISH 涂層，尤其是那些具有較厚隔熱層的樣品，在逐漸退化之前，其斥水性保持了 80 多個小時，經受住了約 100 萬次沖擊。

研究人員認為，測試中暴露的弱點并非設計概念本身，而是市售的表層材料。隔熱策略依然有效，這表明未來采用更耐用的外層材料，涂層的使用壽命有望進一步延長。

為了驗證這一概念的實驗室外可擴展性，研究團隊將這種涂層應用于大型金屬板、彎曲管道，并測試了廚房中常見的液體，如熱牛奶、咖啡甚至熱湯湯。結果顯示，這些液體在處理過的 MISH 表面上的殘留物不足 1%，而在標準涂層上的殘留物則超過 31%。

“我們對這種方法的應用潛力感到興奮，但同時也有進一步改進的空間，”普雷斯頓表示。目前，該團隊正在探索更耐用、熱穩定性更好的表層材料，以及超越簡單噴涂法的涂層結構設計。

普雷斯頓表示：“一旦你能防止熱液體粘附，許多煩人的后續問題就會消失。這正是這種方法令人興奮之處；它為表面設計打開了一扇門，即使在嚴苛條件下，它們也能按照我們的設計初衷發揮作用。”

來源：IT之家

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