聯(lián)合研究團隊發(fā)現(xiàn)有潛力的抗結(jié)垢材料

材料表面結(jié)垢對表面物質(zhì)流動以及熱、電、光等傳導(dǎo)均具有重要影響，會極大降低工業(yè)過程中各種設(shè)備的性能。例如，結(jié)垢會降低熱交換器和鍋爐的加熱效率、增加管道壓力、造成膜組件堵塞、汽輪機葉片腐蝕、降低電極導(dǎo)電性和活性等等，極大增加設(shè)備的運行成本和安全隱患。因此，從分子和原子尺度理解材料表面上水、離子、以及材料本身的相互作用機制，研究材料表面特性如表面粗糙度、表面電荷、親疏水性等對水分子和離子行為的影響，從而開發(fā)具有優(yōu)異抗結(jié)垢性能的關(guān)鍵材料，對工業(yè)領(lǐng)域具有重要意義。

北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院與工程學(xué)院左魁昌課題組與美國萊斯大學(xué)、清華大學(xué)、耶魯大學(xué)等組成的聯(lián)合研究團隊，報道了六方氮化硼(hBN)優(yōu)異的抗結(jié)垢性能，其不僅優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬(鈦Ti)和高分子有機物(聚偏氟乙烯PVDF)，更優(yōu)于具有超強抗污染性能的石墨烯。實驗和理論計算表明，hBN這種優(yōu)異的抗結(jié)垢性能主要來自于其原子級光滑的表面形貌、由B-N極性鍵引起的表面能量褶皺、以及和水分子尺寸相當?shù)木Ц癯?shù)。后兩個因數(shù)導(dǎo)致hBN與極性水分子之間發(fā)生強烈相互作用，從而在hBN表面形成致密水膜，阻礙了礦物離子和晶體在hBN表面的附著與生長。該工作以“Ultrahigh resistance of hexagonal boron nitride to mineral scale formation”發(fā)表在《Nature Communications》。