美國科學家發明新型涂層，讓咖啡、牛奶、湯水從此滴“液”不沾

該涂層在經受近一百萬次熱水沖擊后，才出現磨損跡象。

美國研究人員開發出一種多層隔熱超疏水（MISH）涂層，它能有效排斥近沸點的熱水、熱牛奶、咖啡乃至豌豆濃湯，從而幫助那些永不沾濕的表面即使在高溫下也能保持功效。

萊斯大學的科學家們沒有僅僅關注材料的化學性質和紋理結構，而是通過研究其熱流特性，找到了一種快速改善超疏水表面性能的方法。

超疏水表面具有極強的拒水性，它們模仿荷葉的特性，只需輕微傾斜，就能讓水滴滾落。然而，熱水一直是它們的主要弱點。

當溫度達到104華氏度（40攝氏度）時，許多此類涂層會突然失去其拒水能力。熱水滴不再滾落，反而會粘附并滲入表面紋理，留下濕痕。

攻克耐熱難題

為解決這一問題，研究團隊設計出了一種即使在液滴溫度接近194華氏度（90攝氏度）時也能拒水的涂層。MISH設計采用雙層系統：包括一個隔熱底層（噴涂聚氨酯泡沫）和一個具有微紋理結構的超疏水表層（市售噴涂涂層）。

隔熱底層減緩了熱量從液滴傳遞到表面的過程，阻止了通常會破壞負責拒水性的微小氣穴的快速蒸發-凝結循環。

該研究的通訊作者、萊斯大學機械工程助理教授丹尼爾·J·普雷斯頓博士解釋說："隔熱層減少了界面處熱液滴的冷卻，進而抑制了通常會導致冷凝水淹沒表面紋理的蒸發和再凝結循環。"

普雷斯頓補充道："表面紋理中的冷凝物越少，意味著形成的液橋就越少，這就能保持拒水性的完整。"沒有這些冷凝物形成的"橋"，即使是近沸點的液滴也能繼續從表面滑落。

他進一步說明，以往實現這一目標難度很大，成本可能比他們的方法高出4000倍。普雷斯頓指出："我們還證明，這種方法在實驗室外的現實環境中，無論是大面積還是曲面表面，從管道、碗具到工業設備，都能有效工作。"

現實世界測試

科學家們對涂層樣品進行了長達一周的熱液滴沖擊測試，累計沖擊近200萬次。傳統涂層幾乎立即失效。

相比之下，MISH表面，特別是那些具有較厚隔熱層的表面，在超過80小時（約100萬次沖擊）內保持了拒水性，之后才逐漸退化。

研究人員認為，系統的薄弱點不在于設計理念，而在于所使用的現成表層材料。隔熱策略本身保持完好，這表明未來的版本若采用更耐用的外層，其使用壽命有望進一步延長。

為了證明該概念在實驗室外的可擴展性，研究團隊將這種涂層應用于大型金屬板、彎曲管道，并測試了廚房中常見的各種熱液體，如熱牛奶、咖啡，甚至是豌豆濃湯。這些液體在經MISH處理的表面上殘留物不到1%。相比之下，它們在標準涂層上的殘留物超過31%。

普雷斯頓表示："我們對這種方法潛在的應用前景感到興奮，但同時它還有進一步改進的空間。"研究團隊目前正在探索更耐用、熱穩定性更好的表層材料，以及超越簡單噴涂方法的涂層結構設計。

普雷斯頓在一份新聞稿中總結道："一旦你能防止熱液體粘附，許多隨之而來的問題就開始消失。這正是這種方法令人興奮之處；它為表面材料即使在苛刻條件下也能按我們設計的方式發揮作用打開了大門。"

該研究已發表在期刊《ACS應用材料與界面》上。

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