联合研究团队发现有潜力的抗结垢材料

材料表面结垢对表面物质流动以及热、电、光等传导均具有重要影响，会极大降低工业过程中各种设备的性能。例如，结垢会降低热交换器和锅炉的加热效率、增加管道压力、造成膜组件堵塞、汽轮机叶片腐蚀、降低电极导电性和活性等等，极大增加设备的运行成本和安全隐患。因此，从分子和原子尺度理解材料表面上水、离子、以及材料本身的相互作用机制，研究材料表面特性如表面粗糙度、表面电荷、亲疏水性等对水分子和离子行为的影响，从而开发具有优异抗结垢性能的关键材料，对工业领域具有重要意义。

北京大学环境学院与工程学院左魁昌课题组与美国莱斯大学、清华大学、耶鲁大学等组成的联合研究团队，报道了六方氮化硼(hBN)优异的抗结垢性能，其不仅优于传统的金属(钛Ti)和高分子有机物(聚偏氟乙烯PVDF)，更优于具有超强抗污染性能的石墨烯。实验和理论计算表明，hBN这种优异的抗结垢性能主要来自于其原子级光滑的表面形貌、由B-N极性键引起的表面能量褶皱、以及和水分子尺寸相当的晶格常数。后两个因数导致hBN与极性水分子之间发生强烈相互作用，从而在hBN表面形成致密水膜，阻碍了矿物离子和晶体在hBN表面的附着与生长。该工作以“Ultrahigh resistance of hexagonal boron nitride to mineral scale formation”发表在《Nature Communications》。