密西根大學開發出新型塗層,透明耐用且幾乎排斥任何液體

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 15 日 6:00 | 分類 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

為了防止各類液體對表面造成磨損,塗層已廣泛應用在多種產品的表面,手機螢幕、工作檯、相機鏡頭……但塗層多半只能排斥特定液體,密西根大學材料科學團隊近日展示了一種全新塗層,除了光滑、耐用、清晰,還可迅速脫落水、油、酒精或花生醬,幾乎所有已知液體都能排斥。




Science Daily 報導指出,這是密西根大學副教授 Anish Tuteja 實驗室針對塗層一系列突破性研究的最新成果,該團隊過去研發出排斥冰和水的耐久塗層,以及可排斥幾乎所有液體但更脆弱的塗層。

這種新型塗層結合了先前兩項優點,不但能排斥所有液體、也非常耐用且透明,同時也能輕易應用於任何表面。Tuteja 認為,這種塗層可在電腦螢幕、桌子、地板或牆壁使用,防止任何表面在家事或工業環境中變骯髒。

但團隊究竟是如何兼顧「耐用」與「阻擋性」(repellent)的?Tuteja 解釋,過去傳統材料科學多半採取「混合並觀察」(mix-and-see)法,將非常耐用的物質和非常具阻擋性的物質混合在一起,但這並不總能產生兩者兼具的結果。

團隊運用了全新的系統性方式,透過記錄大量物質庫的基本屬性,以數學方式預測任兩個物體組合時產生的變化,這也讓他們能在幾乎無窮無盡的組合中,找出有特定特性的需求元素。

研究當中,團隊發現比起單純的「耐用」與「阻擋性」,一種稱為部分混溶性(partial miscibility)的特性更重要──這是一種可讓兩種物質以完全正確的方式混合在一起的能力,即使兩個物質本身的耐用性較差,合在一起的化學品也有更耐用的特性。

儘管如此,調整這種塗層的混溶性也是特殊的挑戰。為了製作光學透明且光滑的多功能塗層,團隊需要找到「阻擋性」物質與具恰到好處混合性的高黏著劑,並在加工和乾燥過程中保持塗層光滑。

研究小組最終發現氟化聚氨酯(fluorinated polyurethane)和一種稱為 F-POSS 的混合物可達成他們的需求。這種混合物可噴塗、刷塗、浸漬或旋塗到各種各樣的表面,並與其緊密結合,雖然表面還是會被鋒利的物體劃傷,但它在日常使用中經久耐用,同時也能保持光學清晰。

為了確保塗層能在托嬰中心等場所無毒使用,研究團隊也還在進一步研究,Tuteja 估計塗層可能會在未來兩年上市,儘管 F-POSS 現在非常罕見且昂貴,但製造商正擴大量產,再加上氟化聚氨酯非常便宜,Tuteja 相信當塗層面向大眾市場時,價格會非常親民。

Tuteja 表示,他們正在考慮各種可能的行業運用,托嬰中心自然也是選項之一,「我家中有一個 2 歲的孩子,所以對我來說,這個項目不僅是關於科學。」

這種塗料還可用於冷凍、發電、煉油等所有需要液體冷卻的產業,這種新型塗料將更快分解設備上的冷卻水和化學物品,將效率大幅提升 20%。考量到液體冷卻的廣泛應用性與舊有的高耗能性,這項研究如果順利進行,將能改變許多產業的遊戲規則。

(首圖來源:Michigan Engineering