火力發(fā)電廠因使用熱水而產(chǎn)生的水垢積聚會(huì)嚴(yán)重影響效率，這促使研究人員開發(fā)出一種新型軟水凝膠表面涂層，它能排斥水垢晶體并防止其附著。水垢主要由碳酸鈣組成，在家庭周圍、水壺、水箱和洗衣機(jī)內(nèi)部都能看到水垢堆積，尤其是在水質(zhì)較硬(即礦物質(zhì)含量較高)的地區(qū)，以及表面接觸熱水時(shí)。

　　水垢積聚在家中固然令人煩惱，但對火力發(fā)電廠的影響更大。這些發(fā)電廠使用鍋爐加熱水，產(chǎn)生高壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能。工業(yè)熱交換器和膜很容易結(jié)垢，由于熱傳導(dǎo)和流動(dòng)性能效率降低，每年造成的能源損失巨大，至少占全球能源總產(chǎn)量的 2%。

　　為了解決這個(gè)問題，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員合作開發(fā)了一種創(chuàng)新的水凝膠表面涂層，可以驅(qū)除水垢并防止其附著。

　　研究人員首先在顯微鏡下觀察了單個(gè)水垢晶體和周圍的水流，以了解晶體如何在動(dòng)態(tài)水環(huán)境中沉積和附著。然后，他們著手用軟材料開發(fā)了幾種涂層，并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了測試。

　　研究人員主要對不同的聚合物含量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合物含量越低、含水量越高，碳酸鈣晶體在表面的附著力就越差。研究人員的設(shè)計(jì)靈感來源于大自然，特別是鯊魚皮膚上的脊，這種脊會(huì)使微生物很難附著。使用聚苯乙烯制成的模型顆粒進(jìn)行的測試表明，表面脊必須比沉積在上面的顆粒小，這樣才能減小接觸面，從而減小產(chǎn)生的粘合力。

　　該研究的第一作者朱利安-施密德(Julian Schmid)說："我們改變了材料的表面，以達(dá)到最高效率，然后以最佳結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行晶體實(shí)驗(yàn)。"

　　電子顯微鏡下看到的與脊?fàn)钏z表面涂層接觸的微米級水垢晶體 Julian Schmid/ETH Zurich

　　在水垢晶體實(shí)驗(yàn)過程中研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水流過柔軟的水凝膠涂層表面時(shí)，多達(dá) 98% 大小約為 10 微米的晶體被清除。在相同條件下，這比使用未經(jīng)處理的硬質(zhì)基底要好 66%。

　　目前，有時(shí)使用有毒化學(xué)品來清除熱交換器和膜上的水垢。研究人員說，他們的新型表面涂層比目前的方法更環(huán)保、更高效。此外，他們還希望他們的解決方案可以推廣。

　　研究人員沒有為他們的方法申請專利，而是決定公布他們的研究結(jié)果，以便其他有關(guān)方面使用和進(jìn)一步開發(fā)這種新型涂層。

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。