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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(wǎng)整理來源：材料科技在線分享至：

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(chǎn)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(yè)

該涂料可排斥水、油、酒精甚至花生醬。它可為美國海軍節(jié)省數(shù)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(chǎn)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(zhàn)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(nèi)施工作業(yè)。”

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(chǎn)品，但目前很難制造出能夠排斥大多數(shù)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(zhì)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(zhì)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(chuàng)新涂層，Tuteja博士和他的研究團隊研究了大量已知化學物質(zhì)的計算機數(shù)據(jù)庫。然后，他們根據(jù)每種物質(zhì)的分子屬性輸入復雜的數(shù)學方程，以預測在兩種物質(zhì)混合時，任何兩個物體的行為。在分析了數(shù)百種組合后，研究人員終于找到了正確的組合。

分子間的聯(lián)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(jié)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(qū)行進時結(jié)冰，或許比傳統(tǒng)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(nèi)就為小規(guī)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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