IT之家 2 月 24 日消息，萊斯大學(xué)的研究人員開發(fā)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?qū)咏悬c(diǎn)的水保持有效排斥。

超疏水表面具有極強(qiáng)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(diǎn)。當(dāng)溫度達(dá)到 40 攝氏度時(shí)，許多超疏水涂層便會(huì)突然失去斥水能力。

為了解決這一熱穩(wěn)定性難題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種即使在液滴溫度接近 90 攝氏度時(shí)仍能保持斥水性的涂層。MISH 涂層采用雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：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(huì)導(dǎo)致斥水所需氣穴被破壞的快速蒸發(fā)-冷凝循環(huán)。研究的通訊作者、萊斯大學(xué)機(jī)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(jìn)而減少了通常會(huì)使冷凝物淹沒表面紋理的蒸發(fā)和再冷凝循環(huán)。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(xù)滑落。

普雷斯頓進(jìn)一步指出，以往解決這一難題不僅困難，成本可能相當(dāng)于他們這種方法的 4000 倍?！拔覀冞€證明了，這種方法在實(shí)驗(yàn)室外、現(xiàn)實(shí)世界的各種大尺寸和曲面表面上也能發(fā)揮作用，從管道到碗碟再到工業(yè)設(shè)備，無不如此?！?/p>

研究人員對(duì)涂層樣品進(jìn)行了為期一周、近 200 萬次熱液滴沖擊的嚴(yán)苛測試。傳統(tǒng)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(gè)小時(shí)，經(jīng)受住了約 100 萬次沖擊。

研究人員認(rèn)為，測試中暴露的弱點(diǎn)并非設(shè)計(jì)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(jìn)一步延長。

為了驗(yàn)證這一概念的實(shí)驗(yàn)室外可擴(kuò)展性，研究團(tuán)隊(duì)將這種涂層應(yīng)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)涂層上的殘留物則超過 31%。

“我們對(duì)這種方法的應(yīng)用潛力感到興奮，但同時(shí)也有進(jìn)一步改進(jìn)的空間，”普雷斯頓表示。目前，該團(tuán)隊(duì)正在探索更耐用、熱穩(wěn)定性更好的表層材料，以及超越簡單噴涂法的涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

普雷斯頓表示：“一旦你能防止熱液體粘附，許多煩人的后續(xù)問題就會(huì)消失。這正是這種方法令人興奮之處；它為表面設(shè)計(jì)打開了一扇門，即使在嚴(yán)苛條件下，它們也能按照我們的設(shè)計(jì)初衷發(fā)揮作用?！?/p>

該研究成果已發(fā)表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。IT之家附論文地址：
https://doi.org/10.1021/acsami.5c17943

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