科学家突破超疏水材料欧义热稳定性难题，让热咖啡、热牛奶不再粘壁

IT之家 2 月 24 日消息，科学咖啡莱斯大学的家突研究人员开发出一种名为多层隔热超疏水（MISH）的新型涂层，使其疏水特性能够对接近沸点的破超欧义水保持有效排斥。

超疏水表面具有极强的疏水斥水性，其灵感源于荷叶，材料只需轻微倾斜，热稳让热热牛水滴便能滚落。定性然而，难题奶高温液体一直是再粘这类材料的主要弱点。当温度达到 40 摄氏度时，科学咖啡许多超疏水涂层便会突然失去斥水能力。家突

为了解决这一热稳定性难题，破超研究团队设计出一种即使在液滴温度接近 90 摄氏度时仍能保持斥水性的疏水涂层。MISH 涂层采用双层结构设计：底层为喷涂式聚氨酯泡沫隔热层，材料顶层为市售的热稳让热热牛欧义微纹理超疏水涂层。

底层的作用是减缓从液滴到表面的热传递，从而阻止通常会导致斥水所需气穴被破坏的快速蒸发-冷凝循环。研究的通讯作者、莱斯大学机械工程助理教授丹尼尔 ·J· 普雷斯顿博士解释道：“隔热层减少了界面处热液滴的冷却，进而减少了通常会使冷凝物淹没表面纹理的蒸发和再冷凝循环。表面纹理中的冷凝物越少，意味着液体桥接越少，斥水性就能得以保持。”正是由于避免了这些冷凝桥的形成，即使是接近沸腾的液滴也能继续滑落。

普雷斯顿进一步指出，以往解决这一难题不仅困难，成本可能相当于他们这种方法的 4000 倍。“我们还证明了，这种方法在实验室外、现实世界的各种大尺寸和曲面表面上也能发挥作用，从管道到碗碟再到工业设备，无不如此。”

研究人员对涂层样品进行了为期一周、近 200 万次热液滴冲击的严苛测试。传统涂层几乎立即失效，而 MISH 涂层，尤其是那些具有较厚隔热层的样品，在逐渐退化之前，其斥水性保持了 80 多个小时，经受住了约 100 万次冲击。

研究人员认为，测试中暴露的弱点并非设计概念本身，而是市售的表层材料。隔热策略依然有效，这表明未来采用更耐用的外层材料，涂层的使用寿命有望进一步延长。

为了验证这一概念的实验室外可扩展性，研究团队将这种涂层应用于大型金属板、弯曲管道，并测试了厨房中常见的液体，如热牛奶、咖啡甚至热汤汤。结果显示，这些液体在处理过的 MISH 表面上的残留物不足 1%，而在标准涂层上的残留物则超过 31%。

“我们对这种方法的应用潜力感到兴奋，但同时也有进一步改进的空间，”普雷斯顿表示。目前，该团队正在探索更耐用、热稳定性更好的表层材料，以及超越简单喷涂法的涂层结构设计。

普雷斯顿表示：“一旦你能防止热液体粘附，许多烦人的后续问题就会消失。这正是这种方法令人兴奋之处；它为表面设计打开了一扇门，即使在严苛条件下，它们也能按照我们的设计初衷发挥作用。”

该研究成果已发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。IT之家附论文地址：

https://doi.org/10.1021/acsami.5c17943

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