新型可持续防水涂层，可承受划痕和冲击自修复

研究人员已经找到了一种方法，可以使超薄表面涂层的强度足以承受划痕和冲击。研究人员表示，这种由薄膜和自修复技术开发的新材料在几乎所有领域都有广阔的应用前景，包括自清洁、防冰、防雾、抗菌、防污和增强热交换涂料等。

这项新研究发现，一种特殊聚合物的快速蒸发，在其主链中具有动态的化学键网络，有助于形成防水、纳米厚的自修复涂层。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 团队的主要重点是通过在冷凝器中使用此类涂层来提高蒸汽发电厂的效率。蒸汽发电厂是世界上最大的电力供应来源。“当涂层应用于冷凝器表面时，表面吸收水分的可能性较小，并且可以更有效地形成水滴，从而优化热传递，”研究生助理、该研究的主要作者之一马景成说.

研究人员说，薄涂层在蒸汽发电厂中使用时会遇到许多耐久性问题。涂层会在数周甚至数小时内分解。如此短的寿命使得涂层难以在现实世界中应用，这是 80 多年来机械和材料科学的基本挑战。较厚的涂层可能更耐用，但它们不利于热传递并削弱薄涂层的相关优势。

先前的研究表明，大多数超薄涂层一旦在表面固化，就会产生微小的针孔缺陷。研究人员表示，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。“自愈材料可以重复使用和再加工，”埃文斯说。“我们发现我们可以成功地利用动态结合的修复能力，使涂层在磨损后自行修复或防止针孔缺陷的增加。”这种称为 dyn-PDMS 的材料可以很容易地以纳米涂层的形式浸涂到各种表面上，例如硅、铝、铜或钢。

“我们能够得到如此薄的层的原因之一是反应中使用的溶剂蒸发得非常快，只剩下聚合物纳米涂层是什么材料，”埃文斯说。此外，一旦固化，材料会很快划伤自己。修复 - 即使速度如此之快，也很难实时观看。这种行为在大块样品材料中没有观察到，自愈行为只存在于薄膜形态中，这是我们现在试图回答的问题。"

研究人员认为，本研究开发的超薄涂层为可持续防水材料提供了解决方案，并提出了材料科学和流体力学领域有待解决的开放科学问题。