該涂層在經(jīng)受近一百萬次熱水沖擊后，才出現(xiàn)磨損跡象。

美國研究人員開發(fā)出一種多層隔熱超疏水（MISH）涂層，它能有效排斥近沸點的熱水、熱牛奶、咖啡乃至豌豆?jié)鉁?，從而幫助那些永不沾濕的表面即使在高溫下也能保持功效?/p>

萊斯大學的科學家們沒有僅僅關注材料的化學性質和紋理結構，而是通過研究其熱流特性，找到了一種快速改善超疏水表面性能的方法。

超疏水表面具有極強的拒水性，它們模仿荷葉的特性，只需輕微傾斜，就能讓水滴滾落。然而，熱水一直是它們的主要弱點。

當溫度達到104華氏度（40攝氏度）時，許多此類涂層會突然失去其拒水能力。熱水滴不再滾落，反而會粘附并滲入表面紋理，留下濕痕。

攻克耐熱難題

為解決這一問題，研究團隊設計出了一種即使在液滴溫度接近194華氏度（90攝氏度）時也能拒水的涂層。MISH設計采用雙層系統(tǒng)：包括一個隔熱底層（噴涂聚氨酯泡沫）和一個具有微紋理結構的超疏水表層（市售噴涂涂層）。

隔熱底層減緩了熱量從液滴傳遞到表面的過程，阻止了通常會破壞負責拒水性的微小氣穴的快速蒸發(fā)-凝結循環(huán)。

該研究的通訊作者、萊斯大學機械工程助理教授丹尼爾·J·普雷斯頓博士解釋說："隔熱層減少了界面處熱液滴的冷卻，進而抑制了通常會導致冷凝水淹沒表面紋理的蒸發(fā)和再凝結循環(huán)。"

普雷斯頓補充道："表面紋理中的冷凝物越少，意味著形成的液橋就越少，這就能保持拒水性的完整。"沒有這些冷凝物形成的"橋"，即使是近沸點的液滴也能繼續(xù)從表面滑落。

他進一步說明，以往實現(xiàn)這一目標難度很大，成本可能比他們的方法高出4000倍。普雷斯頓指出："我們還證明，這種方法在實驗室外的現(xiàn)實環(huán)境中，無論是大面積還是曲面表面，從管道、碗具到工業(yè)設備，都能有效工作。"

現(xiàn)實世界測試

科學家們對涂層樣品進行了長達一周的熱液滴沖擊測試，累計沖擊近200萬次。傳統(tǒng)涂層幾乎立即失效。

相比之下，MISH表面，特別是那些具有較厚隔熱層的表面，在超過80小時（約100萬次沖擊）內保持了拒水性，之后才逐漸退化。

研究人員認為，系統(tǒng)的薄弱點不在于設計理念，而在于所使用的現(xiàn)成表層材料。隔熱策略本身保持完好，這表明未來的版本若采用更耐用的外層，其使用壽命有望進一步延長。

為了證明該概念在實驗室外的可擴展性，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各種熱液體，如熱牛奶、咖啡，甚至是豌豆?jié)鉁?。這些液體在經(jīng)MISH處理的表面上殘留物不到1%。相比之下，它們在標準涂層上的殘留物超過31%。

普雷斯頓表示："我們對這種方法潛在的應用前景感到興奮，但同時它還有進一步改進的空間。"研究團隊目前正在探索更耐用、熱穩(wěn)定性更好的表層材料，以及超越簡單噴涂方法的涂層結構設計。

普雷斯頓在一份新聞稿中總結道："一旦你能防止熱液體粘附，許多隨之而來的問題就開始消失。這正是這種方法令人興奮之處；它為表面材料即使在苛刻條件下也能按我們設計的方式發(fā)揮作用打開了大門。"

該研究已發(fā)表在期刊《ACS應用材料與界面》上。

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