人員發現了一種方法，可以使超薄的表面塗層變得非常堅固，足以經受刮痕和撞擊。研究人員表示，這種由薄膜和自癒合技術開發而成的新材料，有幾乎無所不能的應用前景，包括自清潔、防冰、防霧、抗菌、防汙和增強熱交換塗層等。
這項新研究發現，一種主幹中含有動態化學鍵網路的特殊聚合物，其快速蒸發的特性有助於形成一種防水的、奈米級厚度的自愈塗層。這項研究由伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校機械科學與工程教授Nenad Miljkovic、材料科學與工程教授Christopher Evans領導，發表於《自然·通訊》（Nature Communications）雜誌上。
在這項研究中，Miljkovic團隊的首要焦點是透過在冷凝器中使用這類塗層來提高蒸汽發電廠的效率。蒸汽發電廠是全球最大的電力供應來源。該研究的主要作者之一、研究生助理Jingcheng Ma說:“當該塗層應用於冷凝器表面時，其表面更不容易吸水，能更有效地形成水滴，從而最佳化傳熱。”
研究人員說，當用於蒸汽發電廠時，薄塗層可能會遇到許多耐久性問題。塗層在幾周甚至幾小時內就會分解。如此短的壽命使塗層難以應用在現實世界，80多年來，這都是機械和材料科學中的一個基本挑戰。較厚的塗層可能更耐用，但它們不利於傳熱，並削弱了薄塗層的相關優勢。
以前的研究表明，大多數超薄塗層一旦在表面上固化，就會產生微小的針孔缺陷。研究人員說，蒸汽會穿透這些孔洞，導致塗層逐漸分層，因此他們的目標是開發一種無針孔、防水的薄膜，並將蒸汽發電廠的整體能源效率提高几個百分點。
“自愈材料可以再利用和再加工，”Evans說。“我們發現，我們可以成功利用動態鍵的癒合能力，允許塗層在磨損後進行自我修復或防止針孔缺陷增加。”
這種名為dyn-PDMS的材料可以很容易地以奈米塗層的形式浸塗到矽、鋁、銅或鋼等各種材料表面上。
Evans說:“我們能夠得到如此薄層的原因之一是，反應中使用的溶劑蒸發得非常快，只有聚合物留了下來。”此外，這種材料一旦固化就可以很快地進行劃痕自修復——甚至快到難以實時觀察。大塊樣品材料中沒有觀察到這種行為，自修復行為僅存在於薄膜形態，這是我們現在正試圖回答的問題。”
研究人員認為，在這項研究中開發的超薄塗層為可持續防水材料提供瞭解決方案，並在材料科學和流體力學領域提出了有待解決的開放性科學問題。
