超薄自修复聚合物制造新型可持续防水涂层

来源:[db:来源]作者:新闻库来源发布时间:2021-10-13
人员发现了一种方法,可以使超薄的表面涂层变得非常坚固,足以经受刮痕和撞击。研究人员表示,这种由薄膜和自愈合技术开发而成的新材料,有几乎无所不能的应用前景,包……

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人员发现了一种方法,可以使超薄的表面涂层变得非常坚固,足以经受刮痕和撞击。研究人员表示,这种由薄膜和自愈合技术开发而成的新材料,有几乎无所不能的应用前景,包括自清洁、防冰、防雾、抗菌、防污和增强热交换涂层等。

这项新研究发现,一种主干中含有动态化学键网络的特殊聚合物,其快速蒸发的特性有助于形成一种防水的、纳米级厚度的自愈涂层。这项研究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、材料科学与工程教授Christopher Evans领导,发表于《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。

在这项研究中,Miljkovic团队的首要焦点是通过在冷凝器中使用这类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供应来源。该研究的主要作者之一、研究生助理Jingcheng Ma说:“当该涂层应用于冷凝器表面时,其表面更不容易吸水,能更有效地形成水滴,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。涂层在几周甚至几小时内就会分解。如此短的寿命使涂层难以应用在现实世界,80多年来,这都是机械和材料科学中的一个基本挑战。较厚的涂层可能更耐用,但它们不利于传热,并削弱了薄涂层的相关优势。

以前的研究表明,大多数超薄涂层一旦在表面上固化,就会产生微小的针孔缺陷。研究人员说,蒸汽会穿透这些孔洞,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。

“自愈材料可以再利用和再加工,”Evans说。“我们发现,我们可以成功利用动态键的愈合能力,允许涂层在磨损后进行自我修复或防止针孔缺陷增加。”

这种名为dyn-PDMS的材料可以很容易地以纳米涂层的形式浸涂到硅、铝、铜或钢等各种材料表面上。

Evans说:“我们能够得到如此薄层的原因之一是,反应中使用的溶剂蒸发得非常快,只有聚合物留了下来。”此外,这种材料一旦固化就可以很快地进行划痕自修复——甚至快到难以实时观察。大块样品材料中没有观察到这种行为,自修复行为仅存在于薄膜形态,这是我们现在正试图回答的问题。”

研究人员认为,在这项研究中开发的超薄涂层为可持续防水材料提供了解决方案,并在材料科学和流体力学领域提出了有待解决的开放性科学问题。

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人员发现了一种方法,可以使超薄的表面涂层变得非常坚固,足以经受刮痕和撞击。研究人员表示,这种由薄膜和自愈合技术开发而成的新材料,有几乎无所不能的应用前景,包括自清洁、防冰、防雾、抗菌、防污和增强热交换涂层等。

这项新研究发现,一种主干中含有动态化学键网络的特殊聚合物,其快速蒸发的特性有助于形成一种防水的、纳米级厚度的自愈涂层。这项研究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、材料科学与工程教授Christopher Evans领导,发表于《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。

在这项研究中,Miljkovic团队的首要焦点是通过在冷凝器中使用这类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供应来源。该研究的主要作者之一、研究生助理Jingcheng Ma说:“当该涂层应用于冷凝器表面时,其表面更不容易吸水,能更有效地形成水滴,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。涂层在几周甚至几小时内就会分解。如此短的寿命使涂层难以应用在现实世界,80多年来,这都是机械和材料科学中的一个基本挑战。较厚的涂层可能更耐用,但它们不利于传热,并削弱了薄涂层的相关优势。

以前的研究表明,大多数超薄涂层一旦在表面上固化,就会产生微小的针孔缺陷。研究人员说,蒸汽会穿透这些孔洞,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。

“自愈材料可以再利用和再加工,”Evans说。“我们发现,我们可以成功利用动态键的愈合能力,允许涂层在磨损后进行自我修复或防止针孔缺陷增加。”

这种名为dyn-PDMS的材料可以很容易地以纳米涂层的形式浸涂到硅、铝、铜或钢等各种材料表面上。

Evans说:“我们能够得到如此薄层的原因之一是,反应中使用的溶剂蒸发得非常快,只有聚合物留了下来。”此外,这种材料一旦固化就可以很快地进行划痕自修复——甚至快到难以实时观察。大块样品材料中没有观察到这种行为,自修复行为仅存在于薄膜形态,这是我们现在正试图回答的问题。”

研究人员认为,在这项研究中开发的超薄涂层为可持续防水材料提供了解决方案,并在材料科学和流体力学领域提出了有待解决的开放性科学问题。