Forskare har hittat ett sätt att göra ultratunna ytbeläggningar robusta nog att överleva repor och skador. Det nya materialet, utvecklad genom att slå samman tunnfilms- och självläkande teknologier, har en nästan oändlig lista över potentiella applikationer, inklusive självrengöring, anti-isbildning, anti-imbildning, antibakteriell, antifouling och förbättrade värmeväxlingsbeläggningar, sa forskare.

Den nya studien fann att de snabba evaporativa egenskaperna hos en specialiserad polymer som innehåller ett nätverk av dynamiska bindningar i dess ryggrad hjälper till att bilda en vattentät, självläkande beläggning av nanoskala tjocklekar. Studien, ledd av University of Illinois Urbana-Champaign professor i mekanisk vetenskap och teknik Nenad Miljkovic och professor i materialvetenskap och ingenjör Christopher Evans, publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

För denna studie, Miljkovic-gruppens primära fokus var att öka effektiviteten i ångkraftverk, som är de största producenterna av el globalt, genom att använda dessa typer av beläggningar i sina kondensorer. "Beläggningarna, när den appliceras på kondensorernas ytor, göra dem mer vattentåliga och effektiva när det gäller att bilda vattendroppar, som optimerar värmeöverföringen, " sa doktorandforskaren Jingcheng Ma, medförfattare till studien.

Vid användning i ångkraftverk, tunna beläggningar kan stöta på en mängd hållbarhetsproblem, sa forskarna. Beläggningar kan gå sönder på veckor, ibland även timmar. En så kort livstid gör den verkliga appliceringen av beläggningarna opraktiska, som har varit en grundläggande utmaning inom mekanisk och materialvetenskap i cirka åtta decennier. Tjockare beläggningar kan vara mer hållbara, men de minskar värmeöverföringen och eroderar den associerade fördelen med beläggningen.

Tidigare studier har visat att de flesta ultratunna beläggningar utvecklar små håldefekter när de härdar på en yta. Ånga tränger igenom dessa defekter, leder till gradvis delaminering av beläggningen, sa forskarna, så deras mål var att utveckla en pinhole-fri, vattenresistent tunnfilm och förbättra ångkraftverkens totala energieffektivitet med flera procent.

"Självläkande material kan återvinna och bearbeta sig själva, " sa Evans. "Vi fann att vi framgångsrikt kan använda den läkning som möjliggörs av de dynamiska banden, så att beläggningarna kan repareras själv som svar på repor eller för att förhindra att hål växer. "

Kallas dyn-PDMS, materialet kan enkelt doppbeläggas på material i nanoskala lager på olika ytor som kisel, aluminium, koppar eller stål.

"En av anledningarna till att vi kan få så tunna lager är att lösningsmedlen som används i reaktionen avdunstar väldigt snabbt, lämnar bara polymeren, " sa Evans. "Också, en gång botad, materialet reparerar sig från repor mycket snabbt — så snabbt att det är svårt att observera i realtid. Vi ser inte detta beteende i stort, bulkprover av materialet - endast i den tunna filmen, och det är en fråga vi försöker svara på nu."

Forskarna hävdar att de ultratunna beläggningarna som utvecklats i denna studie erbjuder en lösning för hållbara vattenbeständiga material och väcker öppna vetenskapliga frågor inom materialvetenskap och vätskemekanik som förblir obesvarade.