城大全球首創自修復防污塗層 提升醫療航天設備耐用性

蔡卓慧

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Dr Yao Xi
姚希博士

 

香港城市大學(城大)團隊成功研發全球首創具備自修復特性的防污塗層,其成本比現有物料低逾八成。

這種先進塗層能牢固地黏附在不同的基底上以提供保護,並且在遭受機械損傷時,能在短時間內快速修復,使功能得以保持,有助提升醫療及航天等設備的耐用性。

該研究項目名為「具有損傷修復特性的防污塗層」,由生物醫學系副教授姚希博士及其團隊研發;並於學術期刊《科學進展》上刊登,題為「與基材緊密黏合、破壞快速癒合、油質易於滑動的超分子矽塗層」。

防污塗層有防止液體黏附、便於清潔的特性,主要應用於醫療器材、汽車載具、電子產品等方面。現有的防污塗層由含氟化合物製成,成本較高(每公斤約2000-3000美元);加上為了達致長期應用,要求更高機械穩定性和抗刮擦特性,進一步推高製作成本。

自修復材料則是智能材料的一種,主要應用於導電塗層、電子封裝塗層、耐刮擦塗層等領域,尤其在極端或難以維修保養的環境,如航空航天和軍事海洋方面有迫切需求。現時在市場上仍未有結合自修復及抗污特性的技術和產品。

團隊的研究發現,由氫鍵協助的低分子量寡聚體的動態交聯及組裝,是製作高性能自修復聚合物的最佳設計,因為它有可調節的連結動態、快速復原機制等特點。物料的機械性能也可透過改變聚合物主鏈的化學及分子比例,以及氫鍵的密集程度來調節。

Damaged coating with a cross-cut (left) and after repair (right).
被劃十字創口(左)和修復後(右)的塗層。

 

姚博士及其團隊由此研發出新型先進聚合物防污塗層,首次把自修復和防污兩項特性結合,具有高光學透明、容易修復、高機械強度、疏油性及良好介面黏附的特性。

姚博士介紹說:「與現有防污塗層相比,該聚合物以有機矽製造,不含氟,故成本較低(每公斤約300美元);與現有自修復材料相比,又有抗多種油漬黏附和易清潔的特點。」

姚博士說:「兼具防污及自修復特性的物料能令產品或器材更耐用,故市場對這種新物料的需求甚殷,尤其在仿生機械人、可穿戴電子產品、醫療及分子工程等範疇。」

姚博士及其團隊在該項目的前期研究已花了近三年時間,最近取得突破。該項目於2019年初獲創新科技署130萬港元研究撥款;在今年11月更榮獲香港創新科技及製造業聯合總會香港創新科技成就大獎2019「亞洲國際創新發明大獎」的金獎。研究團隊已就項目申請了美國專利。

姚博士於2014年加入城大,其研究範疇主要為塗層和聚合物的表面和界面特性,及自修復材料的設計及製作。項目團隊正與內地和香港的公司合作,對產品原型作進一步研發,將該技術產業化並推出市場。

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