不沾油膩,也許有許多示意,這裡說的,僅是物理特性,有一種新研製的材料,把油滴上去,不但不沾到材料上,反而結成小油珠滑動。如果把這種材料放到手機面板,就不會留下手指印,把這種材料製成布料用來做衣服,不小心碰到油膩,油跡自己會掉到地下,洗衣服就省事多了,甚至完全免洗。材料為高科技的源頭,近年材料科學的發展頗為迅速,奈米技術的成熟為其打下基礎。
美國杜邦 (DuPont) 公司的商標產品鐵氟龍 (Teflon),是大家熟知的「不沾鍋」,學名是聚四氟乙烯(分子式 C2F4),是把乙烯(分子式 C2H4)中的四個氫原子 (H) 換成四個氟原子 (F) 聚合形成。由於鐵氟龍是由碳原子和氟原子製成,不含氫,所以不會和氧發生反應,同時非粘著性及自潤性、低磨擦係數,不易與其他物質融合,其他物質也不易沾在上面,所以用來塗在平底鍋面。要完全不沾油膩,鐵氟龍的強度還不夠,如上圖所示(點選放大),三個小油球在新的材料上凝聚不散開,則是另一種新技術。
這個新材料,是麻省理工學院 (MIT) 與加州愛德華美國空軍實驗室合作研發的,在最近一期科學雜誌 (Science) 發表。研製不沾油膩的材料,挑戰業界與學界已久,不沾水的材料已經研製成功,可以藉水的表面張力結成水珠,自動清除流走,但油的表面張力比水小得多,不容易聚合,滴到那裡很快就灘成一片,所以發明不沾油膩、又稱為超級拒油 (Superoleophobic) 的材料,是一大創舉。普渡大學材料工程教授 Jeffrey Youngblood 說,以前從來沒人看過這種材料,雖然有的材料可以讓油聚合,但黏性仍在,仍不容易去掉。
空軍實驗室發展出一種超強類似鐵氟龍的材料,方法是用一種新的分子結構,可以容納更多的氟化物,加強不沾性,然後把這一分子結構加入材料之中,這一材料就對液體有高度拒沾性。但這一材料還不能敵檔油質的沾黏,MIT 科學家就作進一步處理,改變材料的顯微結構,讓材料接近表面的地方陷住一些空氣,當油滴上來的時候,由部分空氣來支持油滴,不但不會沾黏到材料上,還會往上跳動,讀者可以觀看這段慢動作的影片。
改變材料的顯微結構,是用一種稱為放電紡絲 (Electrospinning) 的奈米技術,藉高電壓把氟化材料拉扯成奈米程度的纖維網,使得空氣陷入其中,所以液體不沾黏材料表面。經過連續的實驗,這一方法可以用到任何材料上,都能讓油質像水一樣的滑走。
雖然研製成不沾油的材料,科學家契而不捨研究細節,用哪種化學特性、與什麼樣的纖維結構結合,才能製造出超級拒油的功能。這些科學家們也詳細整理出規範,像是液體如何與材料表面接觸,與材料表面結構以及空氣存在所產生的影響。依照這些規範,就能調整出有特性的材料,像是分離水與油的材料,不沾水、僅沾油,是良好的水質污染過濾器,海裡有運油輪意外漏油,或者是懷疑賣汽油的摻水,都可以用這種材料來過濾、證實。讀者可以觀看這段影片。
不沾油的材料如果能進一步降低成本,甚至製成透明的材料,那用處就更多了,首先是手機,畫面小、手指摸到留下指印,加一層透明的不沾油膩材料,就等於自動清洗,手機製造業期盼這樣的面板已久。用來製作布料、地毯、壁紙、建材,會自動清潔,不但省了大家的麻煩,更省下許多污染環境的清潔劑,當然這還要持續研發。所以說材料是高科技之母,實不為過。
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