一個表面的潤濕性（存在兩種互不相溶液體，液體首先潤濕固相表面的能力）是各種商業和工業應用中的一個關鍵因素，例如發電廠的鍋爐和冷凝器如何有效工作，或者工業流程中的熱管如何將熱量輸送出去。這一特性長期以來一直被視為特定的液體和固體材料對的固定屬性，但現在麻省理工學院的研究人員已經開發出一種方法，使最不可能配對的材料也能達到理想的潤濕性水平。
本周，麻省理工學院博士后Kyle Wilke、Zhengmao Lu和Youngsop Song以及機械工程教授Evelyn Wang在《美國國家科學院院刊》（PNAS）中描述了這一新過程。
潤濕性通常與液體的表面張力特性密切相關–表面張力越高，液體就越有可能在表面形成珠子，而不是擴散開來潤濕表面。汞具有極高的表面張力，因此被認為是高度不濕潤的，因此該團隊選擇了這種眾所周知的困難液體作為他們的演示之一。他們能夠製造出一個由典型的不潤濕材料製成的表面，使汞在其上擴散而不發生化學反應，這是以前從未展示過的事情。
新方法的基礎是對錶面進行紋理處理，無論其成分如何，都要有間隔緊密的壓痕，這些壓痕具有 “重入開口”-也就是說，頂部的開口比腔體的其他部分更窄，就像一個有窄口的罐子。這種質地的表面用一種液體進行預處理，填滿所有這些空腔，在整個表面的這些開口處留下暴露的液體區域，從而改變表面的特性。當添加另一種液體時，根據應用情況，這種液體可能與預裝在表面的液體相同或不同，它對錶面的反應從不潤濕變為潤濕。
對水具有高潤濕性的表面被稱為親水性，而對水不潤濕的表面被稱為疏水性。潤濕性或不潤濕性是這種行為的總稱，與所涉及的特定液體無關。
Evelyn說，雖然之前已經為其他目的證明了可重入的表面，但這項工作首次表明它們可以被用來改變表面，以產生 “以前沒有證明過的潤濕制度”，Evelyn是麻省理工學院機械工程系主任。
Kyle說，這些發現是如此之新，可能有許多團隊還沒有想到的現實世界的應用。Kyle說：“這是我們非常期待開始探索的事情。但是各種工業過程中的熱管理可能是首批實際應用之一。水或其他工作流體在冷凝器表面擴散的方式，或未能擴散的方式，對許多涉及蒸發和冷凝的過程的效率有重大影響，包括發電廠和化學加工廠。”
“我們現在已經把一個不潤濕的表面變成了潤濕的，”Kyle說。“人們以前所做的是相反的情況，即採取潤濕的東西並使其不潤濕。 因此，這項新工作為能夠對不同的表面材料和液體組合的潤濕性進行近乎完全的控制打開了大門。”
“我們現在可以創造出具有大多數可想象的潤濕性組合的表面，”Kyle說。“我認為這絕對可以開闢一些非常有趣的應用，我們正在尋求探索。”
一個有希望的領域是保護性塗層。許多用於保護表面免受惡劣化學品影響的材料是氟化化合物，具有很強的非潤濕性，這可能使它們不適合於許多應用。使這些表面潤濕可以為這些塗層開闢許多新的潛在用途。
“高溫熱管，用於將熱量從一個地方傳導到另一個地方，例如用於冷卻機器或電子產品，是另一個有前景的應用。”Lu說：“這些工作流體很多都是液態金屬，而這些都是已知的具有非常高的表面張力。這極大地限制了這種液體的選擇，而這種新方法可以開闢可能的材料選擇。”