《不沾水也不沾油的新材料你想用在哪里》
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你一定有这样的体验,洗发水、番茄酱、酸奶这类黏稠流体总是黏在瓶口和内壁上倒不干净.
怎么解决这个问题呢?还是先搞清这些黏稠流体的性质：不论是洗涤用品还是酱汁,它们的成分都有亲水或亲油的特点.像酱油、果汁这类大都属于水基的流体,也就是说它们的含水量很高.对于它们,科学家早已发明出有效的疏水材料.灵感来自大家都很熟悉的、洁身自好的荷叶——荷花出淤泥而不染,荷叶落雨滴而不湿.
电子显微镜下荷叶表面的超微结构
在仔细观察荷叶表面的微观构造后,科学家发现上面密布着微小的凸起,凸起间充满空气,减少了水滴与荷叶的直接接触,水滴就会圆滚滚地“溜”走了.
不会弄脏的白T恤
现在的大多数超疏水材料都是模仿荷叶结构设计的,例如以纳米级别的二氧化硅颗粒制成的超疏水喷涂材料,用在布料表面可以起到“百污不侵”的防污效果.
麻省理工学院的科学家发明的超疏水涂层也是类似原理,使用在包装瓶内壁上,番茄酱和糖浆也能挤得干干净净.
用未处理（左）和超疏水处理后（右）的容器倒枫糖浆
不过仿荷叶类的疏水材料只适用于水基流体,对食用油、芝麻酱这类含油量高的物质,效果就不尽人意了.而洗发水等洗涤用品的主要成分是表面活性剂.表面活性剂分子一头亲水,一头亲油,因此材料需要兼具疏水性和疏油性才能不被粘上.我们知道一滴水滴在物体表面还可能形成水珠,但油滴基本都会摊开.这是因为油的表面张力比水小,内聚力不足,容易散在其附着的表面上.表面活性剂的表面张力也比水小得多,而且浸润能力强,想甩开它可不容易.
洗发水未处理（左）和不沾涂层处理（右）的效果（@《科学美国人》）
洗衣液未处理（左）和不沾涂层处理（右）的效果（@《科学美国人》）
俄亥俄州立大学的研究团队已经成功研发出了兼具超疏水性和超疏油性,且稳定耐用的不粘涂层,几乎能够应对所有常见流体,包括难以对付的洗涤剂,先来看看效果.
这种材料的疏水原理也是用纳米微粒制造起隔离作用的小凸起.这种珊瑚礁一样的构造是由二氧化硅纳米颗粒形成的“Y”形结构,这样的结构密布在材料表面,枝丫之间托着气泡,形成空气隔层,从而起到与流体最小化接触的作用.
不粘涂层表面的二氧化硅纳米颗粒结构 （@ Brown, P. S. and Bhushan, B.）
要想达到理想的疏油效果,还需要对材料表面进行氟硅烷化处理,形成类似不粘锅涂层（特氟龙）的单分子膜,以强化疏油效果.
液滴与固体表面的接触角（CA）越大,粘附程度越低（@Brown, P. S. and Bhushan, B.）
用少量能稍微軟化塑料的溶剂处理表面,当塑料再次凝固时,二氧化硅微粒就能被牢牢嵌进塑料.二氧化硅和氟硅烷分子之间也能够稳定地结合,保障了涂层的耐用性.
把这种超疏水疏油涂层加工在塑料包装瓶内,倒洗发水就可以前所未有地顺畅,直到一滴不剩,让你的每一滴洗发水都值回本.材料中所使用的原料在一般条件下对人体也是安全无害的,因此还可能应用于食品包装,从此喝酸奶再也不用舔瓶、舔盖了.
近年来,不粘材料的发展百花齐放,就连黏性固体也能实现不粘.宾州州立大学的研究团队从猪笼草的“滑梯”陷阱获得灵感,开发出了能使便便不粘马桶的超滑材料——LESS涂层.
这种涂层拥有更细密的表面凸起结构,由聚二硅氧烷构成疏水基底,然后再喷洒上一层极薄（1微米）的硅油润滑剂,它能使黏性的便便变得润滑,同时基底又将其与马桶表面隔开,这样便便就能一滑到底,不再留下令人尴尬的痕迹.
但是LESS也有大多数不粘材料的通病——不够耐久.它所搭配的硅油需要后期喷涂,冲马桶500次后就需要重新再喷,对于普通消费者来说成本还是略高.
未处理（左）和使用LESS涂层（右）的马桶（@《科学美国人》）
不粘T恤、不粘包装瓶、不粘马桶,你还想到了不粘材料的哪些用途呢?比如排水管道这种容易附着污物、滋生细菌的地方,还有医疗器械、电子产品外壳等需要保持清洁的物件.不过目前这种材料仍在完善中,尚未实现商业化推广.相信在不久的将来都会得到普及,让生活更舒爽.如果有了一劳永逸的超级不粘材料,你最想用在什么地方?汽车挡风玻璃?
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