伊利诺伊州香槟市——研究人员找到了一种方法，可以使超薄表面涂层足够坚固，能够经受住划痕和叮咬。这种结合薄膜和自修复技术开发的新材料具有几乎无穷无尽的潜在应用，包括自清洁、防冰、防雾、抗菌、防污和增强热交换涂层，研究人员说。
新研究发现，在其骨架中包含动态键网络的特殊聚合物的快速蒸发特性有助于形成纳米级厚度的防水、自修复涂层。这项由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程教授Nenad Miljkovic和材料科学与工程教授Christopher Evans领导的研究发表在《自然通讯》杂志上。
在这项研究中，Miljkovic 小组的主要重点是通过在冷凝器中使用这些类型的涂层来提高蒸汽发电厂的效率，蒸汽发电厂是全球最大的电力生产商。该研究的共同主要作者、研究生研究助理马景成说：“将涂层涂在冷凝器表面时，可以使它们更防水，更有效地形成水滴，从而优化传热。”
研究人员说，当用于蒸汽发电厂时，薄涂层可能会遇到许多耐久性问题。涂层可能会在数周甚至数小时内分解。如此短的寿命使得涂层在现实世界中的应用变得不切实际，这一直是机械和材料科学领域八十年来的基本挑战。较厚的涂层可能更耐用，但它们会减少热传递并削弱涂层的相关优势。
先前的研究表明，大多数超薄涂层一旦固化到表面上就会产生微小的针孔缺陷。研究人员表示，蒸汽会穿透这些缺陷，导致涂层逐渐分层，因此他们的目标是开发一种无针孔、防水的薄膜，并将蒸汽发电厂的整体能源效率提高几个百分点。
“自愈材料可以自行回收和再加工，”埃文斯说。“我们发现我们可以成功地利用动态键所带来的愈合，使涂层能够自我修复以应对划痕或防止针孔生长。”
这种被称为 dyn-PDMS 的材料可以很容易地浸涂到硅、铝、铜或钢等各种表面上的纳米层材料上。
“我们能得到如此薄的层的一个原因是反应中使用的溶剂蒸发得非常快，只留下聚合物，”埃文斯说。“此外，一旦固化，材料就会非常快速地自我修复划痕——速度太快以至于很难实时观察。我们在材料的大块样品中没有看到这种行为——只有在薄膜中，这是我们现在试图回答的问题。”
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