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钢铁表面结垢在工业中普遍存在，影响效率且增加成本。研究人员受跳虫皮肤疏水特性启发，开展仿生纳米丝（SNFs）涂层用于钢铁抗垢研究。结果显示 SNFs 涂层可使钢铁超疏水，显著减少 75.5% 碳酸钙沉积，为工业抗垢提供新方案。
在工业领域，钢铁广泛应用于各个环节，但钢铁表面结垢问题却如同一颗顽固的 “毒瘤”，严重影响着工业生产的效率和成本。想象一下，在石油开采过程中，钢铁管道因为表面结垢，不仅阻碍了石油的顺畅运输，还可能导致管道腐蚀，引发泄漏等严重事故；在食品加工设备和家用电器中，钢铁部件结垢也会降低设备性能，缩短使用寿命。
为了解决这一棘手的问题，研究人员将目光投向了大自然。跳虫（Collembola），这种微小的生物，生活在潮湿的环境中，却能巧妙地保持自身干燥。原来，跳虫的皮肤具有独特的微纳米结构，能够有效地排斥水分，这一特性让研究人员深受启发。于是，来自未知研究机构的研究人员开展了一项关于仿生纳米丝（SNFs）涂层用于钢铁表面抗垢的研究，相关成果发表在《Beilstein Journal of Nanotechnology》上。
这项研究意义重大。它为解决钢铁表面结垢问题提供了新的方向和途径，有望显著提升钢铁在工业环境中的性能和使用寿命，减少因结垢导致的维护成本和生产损失，在食品工业、家用电器制造以及石油生产等多个领域都具有广阔的应用前景。
研究人员在开展研究时，用到了以下几个主要关键技术方法：首先是涂层制备技术，通过将不锈钢样品浸入含有三氯甲基硅烷（TCMS）的甲苯溶液中进行反应，从而在钢铁表面形成 SNFs 涂层；其次，运用扫描电子显微镜（SEM）和能量色散 X 射线光谱（EDX）技术，对涂层的微观结构和元素组成进行分析；此外，还利用接触角测量技术，来判断涂层的疏水性能。
下面来详细看看研究结果：
- 纳米丝在钢铁上的性能和稳定性：
- SNF 涂层的剪切应力测试：钢铁表面化学性质与以往应用 SNF 技术的材料不同，缺乏用于直接表面聚合的羟基基团。研究人员构建了一种模拟实际工况的中温、中压、恒定剪切应力装置，在模拟石油生产的条件下对 SNF 涂层进行测试。结果表明，SNF 涂层在该条件下展现出良好的稳定性，结构未受到明显破坏。
- SNF 涂层的超疏水性：通过 SEM 观察发现，SNF 涂层在钢铁表面形成了预期的丝状结构。接触角测量显示，未涂层钢铁表面接触角为 71°，而 SNF 涂层表面的水滴难以附着，接触角远超 150°，呈现超疏水状态。并且，经过剪切应力测试和爆炸 / 减压测试后，涂层的形态和功能依然保持完好，证明其具有良好的稳定性。
- SNF 涂层钢铁表面的结垢减少：研究人员设计了一个流动回路，对 SNF 涂层和未涂层的钢铁表面进行碳酸钙结垢测试。实验结果显示，未涂层的钢铁表面出现大量结垢，而 SNF 涂层的钢铁表面结垢明显减少。通过称重分析，SNF 涂层使钢铁表面碳酸钙沉积量减少了 75.5%。研究人员推测，SNF 涂层的非润湿特性以及表面附近的特殊流动特性，阻碍了碳酸钙垢的附着、成核和生长。
在研究结论和讨论部分，研究表明仿生方法在解决钢铁表面结垢问题上具有巨大潜力。SNF 涂层能够有效地使钢铁表面超疏水，并且在恶劣条件下保持良好的结构完整性。同时，SNF 涂层显著降低了钢铁表面碳酸钙结垢，为工业抗垢提供了一种可行的解决方案。这一研究成果为钢铁在工业领域的应用开辟了新的道路，有望带来巨大的经济效益和环境效益，推动相关产业的可持续发展。
