【解密科技寶藏】從市容到衛星天線，奈米「不沾污」塗料阻隔髒污、維持清潔

【解密科技寶藏-創新科技專案】台灣的市容要保持整潔並不容易，不僅因為空氣中的髒污在雨後容易附著於大樓、公寓之上，也因為台灣高樓林立的環境，讓大樓表面的清潔不易。因此許多原本漂漂亮亮的建築物，才建成沒有幾年，就變成一副黑黑髒髒的模樣。考慮到這點，工研院材化所應用化學研究組黃元昌博士的團隊，便開發了一種疏水也疏油的奈米防污塗料，讓雨水不僅不會成為破壞大樓外觀的元兇，還可以順便把大樓表面的髒污帶走，不用人工就能維持清潔。

它是如何做到的呢？其實在自然界就能發現類似的現象，例如最廣為人知的蓮葉效應，當水滴落在蓮葉上，水滴不會攤成一片，而是很神奇地自己集結成一顆顆圓圓的水球，不僅可以自由地滾動，而且滾過的地方仍然是乾燥的。之所以會有這樣的特性，是因為蓮葉表皮細胞有著一根根極其微小、大約 5~15 微米高的突起，同時在這些突起上，還包覆有一層防水（疏水）的蠟質結晶。疏水的蠟質結晶可以避免水分沾黏在葉子表面，而微小的突起則會讓水與葉面的夾角大於 150 度，協助保持表面張力，並維持水珠的形狀。

▲蓮葉表面具有超疏水性以及自潔的特性。（Source：wikimedia）

黃博士的團隊所開發的技術與蓮葉效應非常相像，只是他們採用矽氧烷類化合物作為原料，用溶凝膠的合成方式，形成奈米大小的二氧化矽顆粒，再將這些顆粒聚合成微米等級大小的結構。最後的成果是一種結合了奈米和微米結構的表面塗料，在顯微鏡下，它就像蓮葉的突起和防水結晶一樣，同樣具有極好的疏水特性。

不過，只有疏水效果是不夠的，空氣中還有許多油性的髒污，能讓奈米疏水層失效。為了讓塗料對油性物質也能有疏油的效果，黃博士的團隊在表面上以氟再做了一次處理，讓塗料的表面形成一根根垂直排列的疏油「棒子」，讓它不僅防止水份沾黏，連油性的物質也無法停留在表面上呢！最後，還有讓塗料可以順利吸附在表面上的黏著劑，可以根據不同的應用領域，去改變黏著劑配方，確保二氧化矽疏水層的功能與耐久性。

▲ 奈米防污技術防污測試前後結果。（Source：工研院）

雖然此計劃初期的構想是以大樓屋頂、牆壁的清潔為目標，但隨著塗料的改良，應用也隨之擴大，如今不僅應用在高鐵上，成為列車玻璃的表面塗料，讓車窗可以常保清潔，也可以塗覆在衛浴設備上，既保持衛生又容易清理。目前黃博士的團隊將目光放到半導體業的生產工序，以及衛星訊號的接收天線上，希望讓塗料結合入高科技產品中，擴大應用層面。以蓮葉效應所帶出來的發明雖然看似簡單，但應用卻無窮盡！

（首圖來源：達志影像）