美國海軍進行超疏液涂層研究——旨在降低能源成本
2018-06-26 11:02:22
作者：本網整理 來源：材料科技在線
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密歇根大學研究生助理Mathew Boban將十六烷油倒入覆有一層多糖膜的載玻片上。石油基高粘度油很容易地從玻璃上滑落下來。目前，美國海軍研究辦公室正在資助一項研究，目的是研究涂層如何減少艦船、潛艇和無人駕駛水下艦船上的摩擦阻力（船體在水中運動時產生的阻力）。
來源：Robert Coelius—來自密歇根工程通信和市場營銷工程專業
該涂料可排斥水、油、酒精甚至花生醬。它可為美國海軍節省數百萬美元的船舶燃料成本，同時還可減少船只能源消耗量并提高船只運行效率。
海軍研究辦公室（ONR）正在資助密歇根大學材料科學與工程學副教授Anish Tuteja博士關于新型“多功能”涂層的研究。這種化學涂層清潔、耐用，可應用于許多表面，并可排斥幾乎所有液體。
海軍特別感興趣的是，在船舶、潛艇和無人水下航行器的水下航行中，該涂料是如何減少由船體運動所產生的摩擦阻力。
我們可以把摩擦阻力比作在游泳池里面慢跑。由于水的阻力，每前進一步都會更加得困難，需要消耗更多的精力和體力。
“在船舶燃料消耗量中，相當大的比例（低速時高達80％，高速時也可達40-50％）將用于保持速度并克服摩擦阻力，”ONR海戰部與武器部項目官員Ki-Han Kim博士如是說到。“如果我們能找到一種可大幅降低摩擦阻力的方法，船只將消耗更少的燃料或電池能量，并可在更大范圍內施工作業。”
Tuteja博士的超疏液涂料也許是一個解決方案。想象一下，兩艘船以同樣的速度航行—一艘需要克服摩擦阻力，而另一艘船體表面覆有一層涂層，使水極易形成水珠并滑離船體。理論上，涂有涂料的船體可明顯降低燃料消耗。因為在保持速度的同時，它不需抵抗那么多的水阻力。
盡管防水涂料并不是什么新產品，但目前很難制造出能夠排斥大多數液體的涂料，而且足夠堅韌以長時間粘在各種表面上。比如說，采用涂有聚四氟乙烯的平底鍋。水會成珠并滾下鍋，而烹飪油則會蔓延至各處。
“研究人員可能會采用非常耐用的聚合物基質和非常具有排斥性的填料，并將它們混合在一起，”Tuteja博士說道。“但這并不一定就能生成耐用的防水涂料，不同聚合物和填料具有不同的可混合性（兩種物質混合在一起的能力）。只是機械地將最耐用的單獨成分混合在一起，最終并不會形成最耐用的復合涂料。
為了設計他們的創新涂層，Tuteja博士和他的研究團隊研究了大量已知化學物質的計算機數據庫。然后，他們根據每種物質的分子屬性輸入復雜的數學方程，以預測在兩種物質混合時，任何兩個物體的行為。在分析了數百種組合后，研究人員終于找到了正確的組合。
分子間的聯姻在實驗室測試中受到了打擊。類似橡膠的組合可以噴涂、刷涂、浸漬或旋涂到多個表面上，并緊密結合。涂層還可以承受刮擦、凹陷和其他日常使用危害。分子分離的方式使涂層光學上清晰可見。
除了減少摩擦阻力之外，Tuteja博士還考慮到海軍關于多功能涂層的其他需求—包括保護傳感器、雷達和天線等昂貴設備免受天氣影響。
除了可減少摩擦阻力的超疏不粘液涂層之外，ONR還資助其他類型的涂層研究，以防止船舶和飛機腐蝕以及防止生物污染（在船體上形成藤壺）。類似的涂層也可防止船只在寒冷地區行進時結冰，或許比傳統方法如刮削更易除冰。
Tuteja博士的團隊正在進行關于超疏液涂層的進一步測試，但他們計劃在未來幾年內就為小規模的軍事和民用應用做好準備。
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責任編輯：韓鑫
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