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海军开发出可防水的舰艇涂料

来源:环球科学

来源:美国海军研究办公室

 

密歇根大学研究生研究助理Mathew Boban把十六烷油倒在一个玻璃载片上,载片涂覆一层超疏液的涂料,这种从石油中分离的高粘性油很容易从玻璃上滑下来。美国海军研究办公室正在资助一项研究,目的是研究超疏液的涂层如何减少舰船、潜艇和无人驾驶水下潜艇的摩擦阻力(船体在水中运动时产生的阻力) 

图源: Robert Coelius,密歇根工程通信与市场营销专业

 

它能防水、油、酒精,甚至花生酱,还能为美国海军节省数百万美元的船舶燃料成本,减少船舶消耗的能源,提高作战效率。 

美国海军研究办公室正在赞助密歇根大学材料科学与工程副教授Anish Tuteja博士开发一种新型的超疏液涂料。这种化学涂料透明、耐用,可应用于多种材料表面,抵抗几乎任何一种液体。 

海军最感兴趣的是,在舰船、潜艇和无人驾驶的水下潜艇上,超疏液涂料如何减少摩擦阻力(船体在水中运动时产生的阻力)。 

类似于在游泳池中慢跑时受到的摩擦阻力,由于水的阻力,每前进一步都变得更加困难,需要更多的能量和努力。 

美国海军研究办公室海战和武装部的项目官员Ki-Han Kim博士说:船舶燃料消耗的很大一部分(在低速时高达80%,在高速时为40% - 50%)是为了保持速度和克服摩擦阻力。如果我们能找到一种方法来大幅降低摩擦阻力,船舶将会消耗更少的燃料或电池电力,并获得更多的操作。 

Tuteja的超疏液涂料可能是一个解决方法。想象一下,两艘船以同样的速度航行,其中一艘需要克服摩擦阻力,另一艘则涂覆着一层涂层,使得水很容易形成水珠并从船体上滑落。理论上,涂覆涂层的舰艇可以减少燃料的消耗,因为在保持速度的同时,它不需要抵抗那么大的水流阻力。 

虽然防水涂料并不新鲜,但研究人员很难制造出一种既能抵抗大多数液体,又能够长时间牢固地粘在各种材料表面的涂料。以一个涂有特氟龙涂层的锅为例,水会在锅里滚动,而食用油则会流得到处都是。 

Tuteja说:研究人员可能会用一种非常耐用的聚合物基体和一种超级防水的填充剂混合在一起,但这并不一定会形成耐久的、超疏水的涂料。不同的聚合物和填料具有不同的相溶性(两种物质混溶的能力),简单地结合最耐久的单个成分并不会形成最耐久的复合涂料。 

为了设计创新涂料,Tuteja和他的研究小组在计算机数据库中查询了大量已知化学物质的性质。然后,他们根据每种物质的分子性质,输入复杂的数学方程,以预测两种物质混合后的性质。在分析了数百种组合之后,研究人员找到了合适的组合。 

在实验室测试中,这种分子结合体经受了考验。这种类似橡胶的混合物可以喷涂、刷涂、浸涂或旋涂在许多材料的表面,并且可以紧密地粘合。涂层还可以承受刮擦、凹陷和其他日常使用中的危害,分子分离的方式使得涂层更透明。 

除了减少摩擦阻力,Tuteja还设想了超疏液涂层的其他军事用途,包括保护高价值的设备,比如传感器、雷达和露天的天线免受天气的影响。 

除了可以减少摩擦阻力的超疏液涂层,美国海军研究办公室还赞助了其他类型的涂层研究,以防止船舶和飞机被腐蚀,并抵抗生物淤积(船体上积聚的藤壶)。类似的涂层还可以防止在寒冷地区作业船只结冰,或者使除冰比传统的刮冰方法更容易。 

Tuteja的团队正在对这种超疏液涂层进行进一步的测试,但他们计划在未来几年内将其实现小规模的军事和民用用途。

 

翻译:钟艾辛 

审校:杨镐羽 

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180622174812.htm 

本文来自:环球科学
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