文 | 蔣發(fā)明 1,2，譚生 1*，楊欽 1,2，羅一旻 1，羅荘竹 1*（1. 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400714；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

    結(jié)垢是工業(yè)生產(chǎn)及生活中常見的現(xiàn)象，給工業(yè)生產(chǎn)帶來諸多危害（如圖 1）。例如結(jié)垢會增加流體傳輸阻力、降低傳熱效率、縮短設(shè)備壽命以及影響設(shè)備穩(wěn)定性和安全性等。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1] ，結(jié)垢給工業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占國民生產(chǎn)總（GNP）的 0.15%-0.25%，按此估算，我國每年由此造成的經(jīng)濟(jì)損失約在 800 億元人民幣以上；研究表明結(jié)垢對環(huán)境也有重要影響，因結(jié)垢而直接或間接導(dǎo)致 CO 2 排放量占據(jù)了人類活動總CO 2 排放量的 2.5% [2] 。因此，解決防結(jié)垢及除垢問題對于提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益以及促進(jìn)節(jié)能環(huán)保等方面具有重要意義。

    1. 結(jié)垢原因

    結(jié)垢也稱析晶污垢，由于溫度、壓力、濃度或其他因素的改變，溶液的無機(jī)鹽達(dá)到一定飽和度后，開始形核結(jié)晶，最終形成鹽類垢層。碳酸鈣在水中的溶解度隨溫度升高而降低，因此在地?zé)崴艿馈Q熱器等較高溫度環(huán)境中碳酸鈣易結(jié)晶沉淀。在油田領(lǐng)域，地層水中含有高濃度易結(jié)垢離子，在采油過程中，因壓力、溫度等變化改變了原先的離子化學(xué)平衡而產(chǎn)生垢。油田二次采油注水時(shí)若兩種或兩種以上不相容的水混合在一起，結(jié)垢離子也會相互作用而生成垢。

    除此之外，金屬材料因腐蝕而產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物是一種比較特殊的垢，并且垢的存在又會加重腐蝕，尤其是電化學(xué)腐蝕過程，污垢所覆蓋的金屬區(qū)域在電化學(xué)反應(yīng)中成為陽極而逐漸氧化腐蝕，同時(shí)水中溶解的硫化氫、二氧化碳及鐵細(xì)菌、硫酸鹽還原菌等都可以借助表面污垢的掩護(hù)，在垢下腐蝕基體，形成嚴(yán)重的垢下腐蝕產(chǎn)物（碳酸鐵、硫化鐵等） [3] 。污垢顆粒往往與周圍環(huán)境中膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等黏性物質(zhì)共同作用而形成宏觀垢體。

    2. 傳統(tǒng)防結(jié)垢除垢技術(shù)

    目前傳統(tǒng)防結(jié)垢除垢技術(shù)從技術(shù)原理上可以分為物理除垢、化學(xué)除垢、機(jī)械除垢及工藝除垢（表 1）。工藝除垢與機(jī)械除垢比較簡單，主要通過預(yù)處理、人工或機(jī)械自動刮擦除垢，除垢效果比較受限；化學(xué)防垢法是用化學(xué)防垢劑來阻止垢物的生成，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、效果明顯、操作簡單，但大多數(shù)防垢劑會腐蝕金屬設(shè)備，且污染環(huán)境；物理除垢主要是利用電、磁、聲波等物理現(xiàn)象與垢體相互作用達(dá)到除垢的目的，物理除垢對設(shè)備無腐蝕，無環(huán)境污染，但設(shè)備裝置比較復(fù)雜，作用區(qū)域有限，對一些硬垢效果不明顯。傳統(tǒng)除垢技術(shù)基本為離線除垢方式，中斷生產(chǎn)，并且存在高能耗、環(huán)境污染、除垢不徹底等問題。因此，發(fā)展綠色環(huán)保及高效的新型防結(jié)垢除垢技術(shù)成為了工業(yè)除垢領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的研究方向之一。

    3. 特殊潤濕性涂層防結(jié)垢技術(shù)

    涂層防結(jié)垢技術(shù)是指在親水性金屬基材表面覆蓋一層防結(jié)垢防護(hù)涂層材料，從源頭上減少 / 減小結(jié)垢發(fā)生幾率以及結(jié)垢粘附力，并具有操作簡便、低成本、綠色環(huán)保及非間斷生產(chǎn)等工程應(yīng)用優(yōu)勢，顯示出潛在的應(yīng)用前景。潤濕性是涂層重要的表界面特性，反映液體介質(zhì)與固體表面相互作用的物理過程（即沾濕、浸濕和鋪展），材料表面潤濕性主要由材料成分、表面能及表面微觀結(jié)構(gòu)協(xié)同決定。根據(jù)固體表面水的靜態(tài)接觸角（WCA）大小可以將材料分為超親水、親水、疏水及超疏水四類（圖2），其中非潤濕性材料（疏水及超疏水）在抑制結(jié)垢形核及降低結(jié)垢粘附力等方面具有一定的應(yīng)用潛力。本文從非潤濕特性角度，詳細(xì)介紹單一低表面能涂層、兼具低表面能與微納米織構(gòu)的超疏水涂層以及疏水耐磨防腐功能一體化涂層的防結(jié)垢阻垢研究進(jìn)展現(xiàn)狀。

    3.1低表面能涂層防結(jié)垢研究進(jìn)展

    鋼鐵材料由于表面原子不飽和性以及很強(qiáng)的金屬鍵作用，具有較高的表面能，表面易于結(jié)垢且垢體黏附作用強(qiáng)。相關(guān)研究表明，材料表面能與結(jié)垢有著密切的關(guān)系，降低材料表面能有利于減輕垢的形成。通過對金屬材料表面進(jìn)行改性處理（離子注入、磁控濺射及物理/ 化學(xué)氣相沉積等），改變其基材表面物理化學(xué)性質(zhì)，降低表面能，從而提高金屬表面防結(jié)垢能力。

    任曉光等[4]通過表面離子注入技術(shù)在換熱器部件表面形成類金剛石薄膜（DLC）及非晶碳膜（AC），金屬材料表面能得到降低。為考核改性金屬表面的防結(jié)垢性能，通過搭建池式沸騰傳熱裝置（圖 3），實(shí)時(shí)動態(tài)跟蹤傳熱器的傳熱效率或污垢熱阻等參數(shù)變化，評估改性金屬表面結(jié)垢情況。結(jié)果表明，未處理的換熱器因污垢沉積導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降較快，而離子注入改性換熱器具有較高的傳熱系數(shù)，其值為未處理換熱器的 2-4 倍且?guī)缀醪浑S時(shí)間變化。顯微電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)離子注入改性的換熱器表面垢層非常薄，且十分分散；而未處理的換熱器表面上形成了連續(xù)的污垢層 , 且有一定厚度。

    Wang [5] 物理氣相沉積 TiO 2 涂層，Cheng 等[6]在低碳鋼換熱器化學(xué)鍍 Ni-P涂層，李小龍等[7]等離子噴涂 NiCr-Cr 3 C 2陶瓷涂層，金屬材料表面能均得到降低，利用類似沸騰或傳熱裝置開展相應(yīng)結(jié)垢試驗(yàn)，同樣發(fā)現(xiàn)表面改性處理可降低表面能，其金屬表面防結(jié)垢阻垢性能有一定提升。結(jié)垢實(shí)質(zhì)上是一種結(jié)晶過程，根據(jù)結(jié)晶成核理論，非均相結(jié)晶成核勢壘及結(jié)晶成核速率分別表示為

    相比之下，涂覆有機(jī)聚合物涂層可能是降低材料表面能為更簡便的方法。有機(jī)聚合物分子間內(nèi)聚力低、具有較低的表面能，因而，有機(jī)聚合物涂層也具有一定的防結(jié)垢應(yīng)用潛力。目前，研究較多的聚合物涂層主要有環(huán)氧系列涂層、含氟系列涂層、有機(jī)硅系列涂層等，多用于解決油田、船舶等領(lǐng)域的結(jié)垢問題。環(huán)氧類樹脂因良好的粘接性、機(jī)械物理性、電氣絕緣等特性及價(jià)格便宜，廣泛應(yīng)用于交通、建筑、石油化工及機(jī)電等領(lǐng)域。研究人員也嘗試開拓環(huán)氧涂層的防結(jié)垢應(yīng)用，姜春花等[8]研究YH-16 環(huán)氧和帕羅特環(huán)氧涂層在油田注水和輸油環(huán)境下防結(jié)垢和防結(jié)蠟性能，經(jīng)過 15 天動態(tài)浸泡（表 2），兩種環(huán)氧涂層相比裸基材結(jié)蠟量分別下降 85.3%和 83.3%, 結(jié)垢量分別下降 71.1% 和72.4%，均表現(xiàn)出良好的防結(jié)垢和防結(jié)蠟?zāi)芰Α－h(huán)氧涂層表面能較低，不利于蠟晶及垢晶在涂層表面吸附，同時(shí)在流體作用下結(jié)蠟和結(jié)垢容易脫附，最終蠟質(zhì)和污垢在涂層表面的沉積速率降低。

    然而，由于環(huán)氧類樹脂使用溫度較低，對于高溫環(huán)境領(lǐng)域的防結(jié)垢，例如地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)中金屬管道、泵等 （ 一般為 50 ～ 200℃ ），常用的環(huán)氧涂層以及其它有機(jī)改性涂層均受到一定限制 [9] 。而有機(jī)氟硅類材料（如聚四氟乙烯、全氟聚醚、有機(jī)硅氧烷等）具有低表面能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性等特殊性質(zhì)，成為制備低表面能涂層的理想材料。朱立群[9]研究聚四氟乙烯 / 聚苯硫醚復(fù)合涂層 （PTFE/PPS） 在地?zé)崴h(huán)境中的阻垢性能，聚苯硫醚 （PPS） 經(jīng)固化交聯(lián)后具有優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性和耐熱性，而聚四氟乙烯 （PTFE） 具有較低的表面能。該復(fù)合涂層具有疏水性，表面能低（45.7mJ/m 2 ），表面靜態(tài)水接觸角 WCA為 98.7°。模擬高溫地?zé)崴?（80℃ ） 環(huán)境浸泡 10 天后表明，PTFE/PPS 涂層可以有效抑制結(jié)垢晶核在其表面形成（圖5），其表面結(jié)垢量為不銹鋼管表面結(jié)垢量的 37.3％。

    PTFE/PPS 涂層防垢性能與低表面能成分 PTFE 的含量有關(guān)，增加 PTFE 含量可以提升涂層的防結(jié)垢能力，但過多PTFE 則會影響涂層的粘接強(qiáng)度。此外，地?zé)崴h(huán)境對設(shè)備管道的腐蝕比較嚴(yán)重，PTFE/PPS 涂層的耐腐蝕性也有待提高。Valeria Oldani [10] 將全氟聚醚（PFPE）涂層涂覆在換熱器管道內(nèi)外表面，經(jīng)過五個月的運(yùn)行結(jié)果顯示，PFPE 涂層一定程度上減輕換熱器內(nèi)外壁結(jié)垢，換熱器的熱阻率基本保持穩(wěn)定，僅為無涂層換熱器熱阻率的 35.3%，然而在長期運(yùn)行時(shí) PFPE 涂層防結(jié)垢的性能逐漸下降甚至失效。

    在減輕微生物污垢污損研究方面，田軍等[11]系統(tǒng)考察聚四氟乙烯和有機(jī)硅材料對降低海洋生物污垢污損的影響，經(jīng)過淺海掛板試驗(yàn)表明，聚四氟乙烯和有機(jī)硅氧烷材料由于具有較低的表面能，能延遲微生物的附著并影響其發(fā)育；有機(jī)硅氧烷與水的相互作用力高，表面吸水而排斥鹽分，形成與海水差別較大的液膜，抑制海生生物的附著。除此之外，污垢的黏附作用與固體表面的彈性（彈性模量 K）有關(guān)，表面粘附力正比于 K1/2，因此具有一定彈性的有機(jī)涂層更有利于污垢的脫除。

    上述研究表明，通過低表面能涂層技術(shù)降低金屬材料表面能（如換熱器、油田管道等），使其具有一定防結(jié)垢阻垢性能。然而，進(jìn)一步研究表明[12] ，表面能最低的氟化物其光滑固體的表面能最低為 6.7mJ/m 2 ，表面水接觸角不超過 120°。因此，僅通過低表面能材料組分降低表面潤濕性作用有限，為了進(jìn)一步降低材料表面潤濕性，從而增強(qiáng)防結(jié)垢阻垢性能，研究人員逐步重視材料表面微觀結(jié)構(gòu)對于防垢阻垢的影響，尤其是將低表面能和特定表面微觀結(jié)構(gòu)二者結(jié)合，構(gòu)筑具有特殊潤濕性的超疏水涂層成為防結(jié)垢涂層新的研究熱點(diǎn)。

    3.2超疏水涂層防結(jié)垢研究進(jìn)展

    自清潔材料最初是受到自然界荷葉 的 啟 發(fā)，1997 年， 德 國 伯 恩 大 學(xué)Barholtt 和 Neinhuis [13] 采用掃描電鏡觀察荷葉表面，首次發(fā)現(xiàn)荷葉表面具有低表面能蠟成分與微米乳突結(jié)構(gòu)（圖 6）。2002 年，中國科學(xué)院江雷研究員[14]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，荷葉表面微米乳突結(jié)構(gòu)上還具有納米分支結(jié)構(gòu)，指出這種特殊的微納米雙重結(jié)構(gòu)才是荷葉超疏水性和自清潔效應(yīng)的關(guān)鍵。近年來，科研工作者們遵循著將低表面能與特定表面微觀結(jié)構(gòu)結(jié)合的思路[15] ，構(gòu)筑多種具有特殊潤濕性的超疏水自清潔材料，并且超疏水涂層在防結(jié)垢阻垢方面的研究，也受到越來越多的關(guān)注[16-18] 。

    連峰等[16]利用激光刻蝕技術(shù)在Ti6Al4V合金表面構(gòu)筑微米級點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，采用環(huán)氧樹脂 / 二氧化硅納米復(fù)合材料構(gòu)筑微納雙重結(jié)構(gòu)，并用含氟化合物（PFO）進(jìn)行低表面能修飾，制備出超疏水自清潔表面（WCA=163.8°，滾動角 WSA=1.89°）。采用淺海掛板的方法對試樣抗海洋生物附著污損性能進(jìn)行測試，掛板測試 45 天顯示，具有微納雙重結(jié)構(gòu)的超疏水表面抗海洋生物附著性能顯著優(yōu)于拋光合金表面及單一微結(jié)構(gòu)的合金表面。分析其原因，具有微納雙重結(jié)構(gòu)的超疏水表面能夠截留、捕獲空氣，形成一定的空氣隔膜（圖 7），阻止或延緩了海洋生物的附著[16] ，從而具有特殊的防結(jié)垢阻垢性能。

    Jiang [17] 在銅箔表面電化學(xué)陽極氧化制備出 CuO 納米線，再表面修飾含氟硅氧烷（FAS-17），獲得了超疏水自清潔表面，表面水接觸角 154°，表面能僅為 0.2mJ/m 2 。實(shí)驗(yàn)室結(jié)垢測試兩小時(shí)后，其表面結(jié)垢量由0.6322mg/cm 2 下降到 0.1607mg/cm 2 ，極低的表面潤濕性和表面捕獲的空氣共同抑制 CaCO 3 的形成。Cai [18] 先通過液相沉積制備出納米 TiO 2 涂層，再浸涂氟化有機(jī)硅氧烷（FPS），獲得具有微納雙重結(jié)構(gòu)的超疏水涂層材料。對 CaCO 3 垢進(jìn)行電鏡觀察后發(fā)現(xiàn)，超疏水涂層表面 CaCO 3 結(jié)垢晶型為亞穩(wěn)態(tài)針狀文石結(jié)構(gòu)，而無涂層表面則是穩(wěn)定菱形方解石結(jié)構(gòu)（圖 8）。究其原因，CaCO 3 垢通常包括三種晶型：普通菱形方解石、針狀文石與無定形方解石，其穩(wěn)定性依次下降，在水中的溶解度依次增加。在光滑平面，結(jié)垢離子通過擴(kuò)散可以從各個方向接近晶核（除了底部），最終形成的晶體缺陷較少，為完美的菱形方解石。而超疏水表面的微納結(jié)構(gòu)對結(jié)垢的生長起到空間限制作用[17] ，晶體生長的方向受限，趨于向上生長，最終呈為針狀文石或不規(guī)整的方解石，空間構(gòu)型的限制使得形成的結(jié)垢晶體不穩(wěn)定，易溶解或脫落。

    此外，對于具有一定微納米粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水表面，其表面粗糙度對結(jié)垢的影響仍存在較大爭議。根據(jù)經(jīng)典理論Derjaguin 表達(dá)式，表面越粗糙，則顆粒接觸面積越小，顆粒與表面之間的黏附作用越小。而劉義達(dá)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，污垢的附著量并非和表面粗糙度成線性關(guān)系，污垢增重最快對應(yīng)于粗糙度居中的試樣，而拋光處理對試樣抗垢能力沒有大的提高，粗糙度對結(jié)垢的影響也僅作用在結(jié)垢的誘導(dǎo)期內(nèi)。并且Liveira [20] 發(fā)現(xiàn)，如果粗糙度過大，表面會與污垢形成較強(qiáng)的機(jī)械咬合，高粗糙度還能為污垢顆粒阻擋流體剪切力而促進(jìn)結(jié)垢。此外，由于超疏水材料表面具有極低的潤濕性，在一定的流速與粘度液體環(huán)境下，超疏水表面會形成更厚的湍流邊界層，邊界層內(nèi)流體存在流速梯度而產(chǎn)生切應(yīng)力，這將加大污垢顆粒穿過邊界層與表面接觸的難度，從而抑制垢的形成。

    總之，超疏水表面因具有極低的表面能和獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，在防結(jié)垢阻垢方面顯示出一定的潛力，然而其在實(shí)際防結(jié)垢工程應(yīng)用中仍面臨一些問題，一是超疏水涂層的制備方法較為復(fù)雜，施工性較差；二是實(shí)際苛刻環(huán)境工況（腐蝕、摩擦、沖蝕、高溫等）易對涂層表面造成破壞，導(dǎo)致其表面超疏水長期有效性下降甚至消失。因此超疏水防結(jié)垢涂層的制備工藝及耐磨、耐腐蝕等工程應(yīng)用性能亟待進(jìn)一步研究、提升，方能滿足實(shí)際工程防結(jié)垢應(yīng)用要求。

    ４.功能一體化涂層防結(jié)垢行為及工程應(yīng)用示范

    基于苛刻環(huán)境工況以及復(fù)雜自然環(huán)境的考驗(yàn)，科研人員嘗試制備防結(jié)垢、減阻耐磨及防腐等多功能一體化涂層，并開始從單一的防結(jié)垢阻垢行為研究逐漸延伸至耐腐蝕、減阻及耐沖蝕 / 磨損等工程應(yīng)用綜合性能的研究，并初步探索實(shí)際復(fù)雜、苛刻工況下涂層工程應(yīng)用示范。

    在流體管道中，通常涂層需具備良好的耐介質(zhì)性、耐腐蝕性及耐磨損性。Valeria Oldani等 [21] 通過有機(jī)無機(jī)雜化的方式，制備出高鍵合強(qiáng)度的全氟聚醚/二氧化硅（PFPE/SiO 2 ）涂層（圖9），分別采用鹽酸溶液、人工海水、高溫水（70℃）等介質(zhì)對涂層浸泡 30 天以及流體連續(xù)沖刷 30 天，以檢驗(yàn)涂層的耐介質(zhì)性和機(jī)械性能。試驗(yàn)表明，經(jīng)過幾種介質(zhì)的浸泡及沖刷后，涂層表面完好，仍保持相對較高的疏水性（WCA>125°）。利用該涂層改性換熱器表面，結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果表明，其結(jié)垢誘導(dǎo)期比未處理換熱器表面延長 400-500h。

    另一方面，結(jié)垢過程往往也伴隨著腐蝕，而腐蝕對結(jié)垢有著重要影響。國內(nèi)研究者提出了“過渡界面理論” [6,19] ，認(rèn)為腐蝕表面的腐蝕產(chǎn)物或氧化態(tài)物質(zhì)其晶格與結(jié)垢物質(zhì)的晶格較相配，腐蝕后凹陷的粗糙表面處更容易誘導(dǎo)污垢形核，因此，對金屬材料的腐蝕防護(hù)同時(shí)也有助于抑制結(jié)垢。Hao 等[22]通過電化學(xué)沉積 Cu-Zn 合金層、堿液浸刻構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)，再利用全氟辛酸表面修飾，制備出具有良好耐磨、防腐及防結(jié)垢性能的超疏水自清潔涂層（圖 10a）。該涂層靜態(tài)水接觸角為157°，滾動角為 3°，經(jīng)過砂紙摩擦后（圖 10b），其靜態(tài)水接觸角保持為 150°，電化學(xué)極化測試其腐蝕電位正移 0.338V（圖10c），使裸鋼管線耐腐蝕性大大提升。結(jié)垢試驗(yàn)結(jié)果表明，CaCO 3 垢晶型由菱形方解石轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)針狀文石結(jié)構(gòu)，垢體粘附作用弱、更容易脫除。但該涂層由于多步法制備工藝復(fù)雜、樣件尺寸小，其大面積工程應(yīng)用受限。

    針對工程防結(jié)垢的多功能防護(hù)需求，近五年來，羅莊竹研究團(tuán)隊(duì)[23]選用改性膠黏劑樹脂與含氟聚合物以及耐磨防腐助劑協(xié)同作用，一步成膜法制備出兼具減阻、耐磨、防腐及防結(jié)垢功能一體化涂層，涂層表面富集低表面能疏水基團(tuán)（-CF 3 ），其表面能低（10.2mJ/m 2 ），具有良好金屬基材 -涂層界面粘附力，優(yōu)異的耐酸堿鹽化學(xué)介質(zhì)性，耐沖擊性大于 120kg·cm，耐中性鹽霧大于 3000h，耐紫外大于 1200h，并且在人工海水浸泡中長期有效[23] 。針對油田管道換熱器盤管結(jié)垢問題，通過恒溫磁力攪拌裝置模擬換熱器動態(tài)高溫環(huán)境工況（圖11a），系統(tǒng)開展了高溫靜態(tài)結(jié)垢及動態(tài)腐蝕結(jié)垢試驗(yàn)。

    經(jīng) 80℃高溫水介質(zhì)靜態(tài)浸泡 600h 后（圖 11b），鋁片表面出現(xiàn)致密垢，鐵片表面出現(xiàn)大量銹垢，而涂層改性鋁片及鐵片表面光潔、基本無垢。經(jīng)沖擊、彎折等機(jī)械破壞并高溫靜態(tài)浸泡 600h 后，其涂層表面保持完整、無脫落（圖 11c）。經(jīng)80℃高溫動態(tài)浸泡600h后（圖11d），裸鐵片嚴(yán)重沖蝕/腐蝕，涂層改性鐵片表面也沉積大量銹 / 垢，經(jīng)流體沖刷能夠輕易脫附 / 脫除，且涂層表面保持完好，顯示出良好的耐腐蝕 /沖蝕性。

    在上述實(shí)驗(yàn)室模擬工程防結(jié)垢研究結(jié)果基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)與某石油化工企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，將研發(fā)的多功能一體化涂層應(yīng)用于油田管道，并在實(shí)際油田油污水中進(jìn)行工程放大試驗(yàn)（圖 12）。初步工程應(yīng)用示范結(jié)果表明，該多功能一體化涂層可在一定程度上減輕油田管道的結(jié)垢、腐蝕等綜合問題。

    值得注意的是，實(shí)際油田管道結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，現(xiàn)場施工困難；且管道內(nèi)壁的油污雜質(zhì)及表面缺陷（砂眼、凹坑等缺陷）等均會影響涂層表面質(zhì)量，從而影響其實(shí)際工程防結(jié)垢功效。

    5. 結(jié)論與展望

    結(jié)垢是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，涂層材料表面潤濕特性對結(jié)垢的形成與脫附有著密切的聯(lián)系。研究人員通過降低材料表面能以及構(gòu)筑表面微納結(jié)構(gòu)的方式，降低基材表面潤濕特性，并在實(shí)驗(yàn)室結(jié)垢方面取得諸多良好研究進(jìn)展及一定的防結(jié)垢效果。但對于涂層防結(jié)垢的理論原理、作用機(jī)理及工程長效機(jī)制，仍需要進(jìn)一步系統(tǒng)探索研究。總的來說降低表面能會減輕污垢形成，但仍沒有獲得表面能與結(jié)垢直接、定量的關(guān)系規(guī)律，污垢粘附力最小可能只是對應(yīng)表面能較低的某一范圍[24] 。而對于超疏水涂層，其微觀結(jié)構(gòu)及粗糙度對結(jié)垢的影響以及其阻垢機(jī)理仍待進(jìn)一步深入研究。

    單一防結(jié)垢涂層技術(shù)已不能滿足實(shí)際工程領(lǐng)域防結(jié)垢需求，發(fā)展減阻、耐磨、防腐及防結(jié)垢多功能一體化特殊潤濕性涂層是解決復(fù)雜工況、不同工程領(lǐng)域嚴(yán)重結(jié)垢技術(shù)瓶頸的最有效途徑之一，但如何協(xié)同增強(qiáng) / 提升特殊潤濕性涂層材料的機(jī)械強(qiáng)度、減阻耐磨、耐腐蝕、耐沖蝕及防結(jié)垢等功能一體化防護(hù)性能仍是一個亟待解決重要課題。另一方面，特殊潤濕性防結(jié)垢涂層在工程應(yīng)用示范推廣方面還需建立規(guī)范的工程施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，俗話說“三分材料，七分工藝”，管線設(shè)備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、油污雜質(zhì)清洗困難及金屬基材表面缺陷等均將影響涂層壽命長期有效性及工程防結(jié)垢功效。特殊潤濕性防結(jié)垢涂層技術(shù)與其他防結(jié)垢除垢技術(shù)協(xié)同融合（例如超聲除垢、化學(xué)除垢等），將大大提升實(shí)際工程防垢除垢的功效、長期有效性及可靠性，這也是值得科研工作者及工程技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。

    作者簡介

    羅荘竹，男，1974 年生，博士，九三社員，研究員 / 博導(dǎo)，研發(fā)中心主任。2009 年于中科院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室物理化學(xué)專業(yè)獲博士學(xué)位；2011 年 6 月加盟中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院，任表面功能材料及工程研發(fā)中心主任。從 1998 年至今，致力于表面功能材料及表面工程的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，努力創(chuàng)新、注重實(shí)驗(yàn)研究、工程應(yīng)用與理論探索相結(jié)合。在特殊介質(zhì)環(huán)境下動態(tài)耐磨防腐涂層材料技術(shù)、工程性自清潔涂層材料防結(jié)冰 / 防污垢等表界面行為機(jī)理研究及應(yīng)用推廣方面取得了一些創(chuàng)新性的研究成果。先后承擔(dān)和參與了國家自然科學(xué)基金、中科院先導(dǎo) A 類計(jì)劃專項(xiàng)、國防科工委配套項(xiàng)目、省 / 市級科技支撐項(xiàng)目及院 - 企產(chǎn)業(yè)化合作項(xiàng)目等 30 余項(xiàng)課題。獲甘肅省科技進(jìn)步一等獎 1 項(xiàng)，獲“中科院朱李月華優(yōu)秀博士獎”1 項(xiàng)，獲重慶市“五四青年紅旗手”；第 1 發(fā)明人申請中國專利 16 件，其中授權(quán) 9 件；在國內(nèi)外權(quán)威刊物 Advanced Materials、ACS Appiled Material Interface、Soft Matter、Surface ＆ CoatingsTechnology、Nanoscale Research Letter 等發(fā)表研究論文 40 余篇，單篇論文最高影響因子 IF=18.96；兼職中國機(jī)械學(xué)會表面工程分會委員、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會涂料涂裝及表面保護(hù)技術(shù)專業(yè)委員會委員及重慶市北碚區(qū)政協(xié)常委社會職務(wù)。

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