科學(xué)是如何制造出一種能夠排斥所有液體的自潔涂層

什么是保持屏幕清潔的最佳方法?第一個也是顯而易見的答案是保持雙手免受污垢。但可能還有另一種選擇：材料科學(xué)家創(chuàng)造的自清潔涂層。

最近，密歇根大學(xué)的材料研究員Anish Tuteja開發(fā)出一種清晰，光滑的涂層，可以排斥所有液體并可以涂在任何表面上。(該研究發(fā)表在ACS應(yīng)用材料與接口雜志上。)當(dāng)然，還有其他驅(qū)蟲涂層，但它們的能力有限。以Teflon鍋為例。“如果你把一滴水放在上面，它就會變成珠子，但是如果你放入食用油，它就會散開，”Tuteja說。“這就是大多數(shù)表面上發(fā)生的情況。”他的團(tuán)隊開發(fā)的材料更加通用，他希望在未來幾年內(nèi)可以使用。

Verge向Tuteja講述了驅(qū)蚊劑，他的團(tuán)隊如何開發(fā)新材料，以及自清潔材料的下一步是什么。

為清楚起見，對這次訪談進(jìn)行了輕微編輯。

作為一名科學(xué)家，您從事的是“表面科學(xué)”。什么是表面科學(xué)?它的潛在應(yīng)用是什么?

我在密歇根大學(xué)的小組主要研究吸引或排斥不同液體的不同類型的表面。它是一個非常獨(dú)特的表面，在自然界中并不存在，但有許多基本的應(yīng)用。

在排斥液體方面，幾乎可以看到您周圍的任何表面，您可以找到從屏幕顯示到桌椅和地毯的應(yīng)用程序。自清潔材料和防污表面有很多用途。

另一個領(lǐng)域是熱傳輸，以增強(qiáng)表面上的冷凝。這與世界上所有發(fā)電廠和核電廠相關(guān)。[ 編者注：發(fā)電廠產(chǎn)生蒸汽，使渦輪機(jī)發(fā)電。渦輪機(jī)冷凝成水并且該過程再次開始，但冷凝器效率低。]它也適用于制冷 - 在任何相變或任何從蒸氣到液體的任何地方，都有冷凝，這將是相關(guān)的，有助于節(jié)省能源。

你說這些表面在自然界中不存在，但具有這些特性的最接近的天然材料是什么?

驅(qū)逐區(qū)域的許多工作都是在紋理表面上進(jìn)行的。這些是粗糙的表面，可以捕獲不同液體下的空氣袋。荷葉是常見的例子：水滴會進(jìn)來并反彈。

排斥水，但不排斥其他材料，如油和酒精。以你的不粘鍋特氟龍鍋為例。如果你把一滴水放在上面，它會成珠狀，但如果你放入食用油，它就會散開。這就是大多數(shù)表面上發(fā)生的事情。沒有光滑的表面可以排斥一切。

而且您的涂層是光滑的表面，可以排斥液體。你稱之為“無所不知”。這究竟是什么意思?

表面抵抗?jié)櫇瘛Ｎ覀儗?ldquo;全能”涂層的定義意味著不會擴(kuò)散的液體。因此，水，油和酒精等不同的液體不會在表面擴(kuò)散。此外，液滴可以非?？焖俚貜谋砻婊?，這使得它們非常容易清潔。因此，如果您的相機(jī)鏡頭帶有涂層，您可以傾斜表面，其上的任何水或油都會滑落。

我對你如何提出這個想法很感興趣。它沒有將材料混合在一起，而是進(jìn)行了大量的計算，看看它們可能在一起工作，對嗎?

絕對。為了制造驅(qū)蟲劑，您通常會使用稱為填充劑和聚合物粘合劑的材料并將它們混合在一起。聚合物粘合劑提供耐久性，填料提供這些防護(hù)性能。因此，您可能會認(rèn)為，如果您使用最耐用的填料和最耐用的聚合物并將它們混合在一起，那將導(dǎo)致最耐用的表面。

事實并非如此。真正重要的是這些組分如何混合和相互作用，我們稱之為“ 混溶性”。我們不是混合和匹配，而是對許多物質(zhì)的特性進(jìn)行了自己的計算，以找到最佳范圍。我們在數(shù)學(xué)上提出了可以很好地協(xié)同工作的配方，這意味著我們不僅限于一種配方。它允許我們查看不同的聚合物和不同的填料，并找出哪些可能具有相似的性質(zhì)。它允許我們預(yù)測哪些可能是最好的物質(zhì)。

涂層有什么感覺?它會持續(xù)多久?假設(shè)我在iPhone上使用涂層 - 何時需要重新涂抹?

它相當(dāng)薄，而且很難。它基于氨基甲酸乙酯，這是一種橡膠材料，所以它有點(diǎn)像硬橡膠涂層。關(guān)于它會持續(xù)多長時間，這取決于確切的配方，但我們希望大約一年的東西。

把這些推向市場怎么樣?什么時候會發(fā)生?

我們正積極致力于將這些表面推向市場。我們正與一家創(chuàng)業(yè)公司Hygratek合作，該公司是我共同創(chuàng)立的，在未來一到兩年內(nèi)將其推向市場。

我們要解決的主要挑戰(zhàn)是涂層的耐久性，并使其具有良好的手感。當(dāng)然，您要確保成本不會太高。我們試圖找出一個最佳的配方，而不僅僅是一個，看看哪個最具成本競爭力。

我們是否知道這不會對健康產(chǎn)生任何影響?

我們正在測試。本文中使用的分子含有氟，我們有很多關(guān)于它如何無毒的數(shù)據(jù)。但是我們需要弄清楚正在進(jìn)行的事情。而且這種特殊的分子仍然只能以相對較少的量供應(yīng)，這就是為什么我們也在研究其他無毒的配方，也是基于更多商業(yè)上可獲得的材料，不同的聚合物組合。

你還在做什么?表面科學(xué)領(lǐng)域還在開發(fā)什么?

我們還致力于研究排斥或殺死微生物的全能涂層，以及防止恐懼的材料。在這些中，冰不會粘附，因此對于飛機(jī)著陸帶和電力線以及風(fēng)力渦輪機(jī)非常有用。我們還制作防塵表面。

在吸引水的表面區(qū)域，我們創(chuàng)造的表面會吸引水但會排斥油。在自然界中不存在這樣的東西，在那里你可以讓油變成珠子而水會在表面上擴(kuò)散。例如，這些膜可用于清理溢油。