科学是如何制造出一种能够排斥所有液体的自洁涂层

什么是保持屏幕清洁的最佳方法?第一个也是显而易见的答案是保持双手免受污垢。但可能还有另一种选择：材料科学家创造的自清洁涂层。

最近，密歇根大学的材料研究员Anish Tuteja开发出一种清晰，光滑的涂层，可以排斥所有液体并可以涂在任何表面上。(该研究发表在ACS应用材料与接口杂志上。)当然，还有其他驱虫涂层，但它们的能力有限。以Teflon锅为例。“如果你把一滴水放在上面，它就会变成珠子，但是如果你放入食用油，它就会散开，”Tuteja说。“这就是大多数表面上发生的情况。”他的团队开发的材料更加通用，他希望在未来几年内可以使用。

Verge向Tuteja讲述了驱蚊剂，他的团队如何开发新材料，以及自清洁材料的下一步是什么。

为清楚起见，对这次访谈进行了轻微编辑。

作为一名科学家，您从事的是“表面科学”。什么是表面科学?它的潜在应用是什么?

我在密歇根大学的小组主要研究吸引或排斥不同液体的不同类型的表面。它是一个非常独特的表面，在自然界中并不存在，但有许多基本的应用。

在排斥液体方面，几乎可以看到您周围的任何表面，您可以找到从屏幕显示到桌椅和地毯的应用程序。自清洁材料和防污表面有很多用途。

另一个领域是热传输，以增强表面上的冷凝。这与世界上所有发电厂和核电厂相关。[ 编者注：发电厂产生蒸汽，使涡轮机发电。涡轮机冷凝成水并且该过程再次开始，但冷凝器效率低。]它也适用于制冷 - 在任何相变或任何从蒸气到液体的任何地方，都有冷凝，这将是相关的，有助于节省能源。

你说这些表面在自然界中不存在，但具有这些特性的最接近的天然材料是什么?

驱逐区域的许多工作都是在纹理表面上进行的。这些是粗糙的表面，可以捕获不同液体下的空气袋。荷叶是常见的例子：水滴会进来并反弹。

排斥水，但不排斥其他材料，如油和酒精。以你的不粘锅特氟龙锅为例。如果你把一滴水放在上面，它会成珠状，但如果你放入食用油，它就会散开。这就是大多数表面上发生的事情。没有光滑的表面可以排斥一切。

而且您的涂层是光滑的表面，可以排斥液体。你称之为“无所不知”。这究竟是什么意思?

表面抵抗润湿。我们对“全能”涂层的定义意味着不会扩散的液体。因此，水，油和酒精等不同的液体不会在表面扩散。此外，液滴可以非常快速地从表面滑落，这使得它们非常容易清洁。因此，如果您的相机镜头带有涂层，您可以倾斜表面，其上的任何水或油都会滑落。

我对你如何提出这个想法很感兴趣。它没有将材料混合在一起，而是进行了大量的计算，看看它们可能在一起工作，对吗?

绝对。为了制造驱虫剂，您通常会使用称为填充剂和聚合物粘合剂的材料并将它们混合在一起。聚合物粘合剂提供耐久性，填料提供这些防护性能。因此，您可能会认为，如果您使用最耐用的填料和最耐用的聚合物并将它们混合在一起，那将导致最耐用的表面。

事实并非如此。真正重要的是这些组分如何混合和相互作用，我们称之为“ 混溶性”。我们不是混合和匹配，而是对许多物质的特性进行了自己的计算，以找到最佳范围。我们在数学上提出了可以很好地协同工作的配方，这意味着我们不仅限于一种配方。它允许我们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质。它允许我们预测哪些可能是最好的物质。

涂层有什么感觉?它会持续多久?假设我在iPhone上使用涂层 - 何时需要重新涂抹?

它相当薄，而且很难。它基于氨基甲酸乙酯，这是一种橡胶材料，所以它有点像硬橡胶涂层。关于它会持续多长时间，这取决于确切的配方，但我们希望大约一年的东西。

把这些推向市场怎么样?什么时候会发生?

我们正积极致力于将这些表面推向市场。我们正与一家创业公司Hygratek合作，该公司是我共同创立的，在未来一到两年内将其推向市场。

我们要解决的主要挑战是涂层的耐久性，并使其具有良好的手感。当然，您要确保成本不会太高。我们试图找出一个最佳的配方，而不仅仅是一个，看看哪个最具成本竞争力。

我们是否知道这不会对健康产生任何影响?

我们正在测试。本文中使用的分子含有氟，我们有很多关于它如何无毒的数据。但是我们需要弄清楚正在进行的事情。而且这种特殊的分子仍然只能以相对较少的量供应，这就是为什么我们也在研究其他无毒的配方，也是基于更多商业上可获得的材料，不同的聚合物组合。

你还在做什么?表面科学领域还在开发什么?

我们还致力于研究排斥或杀死微生物的全能涂层，以及防止恐惧的材料。在这些中，冰不会粘附，因此对于飞机着陆带和电力线以及风力涡轮机非常有用。我们还制作防尘表面。

在吸引水的表面区域，我们创造的表面会吸引水但会排斥油。在自然界中不存在这样的东西，在那里你可以让油变成珠子而水会在表面上扩散。例如，这些膜可用于清理溢油。