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由于能承受極端環(huán)境，陶瓷材料被用于核、化學(xué)和發(fā)電行業(yè)。不過，在高溫下，陶瓷容易因快速溫度改變事件（比如冷水滴同熱表面接觸）引發(fā)的熱沖擊而斷裂。在一種新穎的跨學(xué)科方法中，美國新墨西哥大學(xué)的工程師在美國物理聯(lián)合會（AIP）出版集團(tuán)下屬《美國物理聯(lián)合會進(jìn)展》雜志上報告了一種預(yù)防陶瓷熱沖擊的廉價、簡單疏水涂料。
“我們利用了完全相同的材料，但控制了熱傳遞，使陶瓷經(jīng)歷更加溫和的溫度梯度、減輕拉伸應(yīng)力，由此極大改善熱沖擊行為。”論文作者之一Youho Lee介紹說。
熱沖擊是未意識到玻璃對急劇溫度變化非常敏感的新手廚師在廚房中通常經(jīng)歷的一種現(xiàn)象。如果剛從烤箱熱度中恢復(fù)的玻璃沙鍋受到冷水沖擊，表面溫度的突然降低會在材料內(nèi)部產(chǎn)生不均衡的溫度梯度，引發(fā)拉伸應(yīng)力以及最終的破裂。相同的熱沖擊敏感性也會影響工業(yè)陶瓷的壽命。
從跨學(xué)科的學(xué)術(shù)背景出發(fā)，Lee決定探尋熱傳遞對陶瓷熱沖擊的影響。他通過拍攝水滴對加熱陶瓷表面影響的高速視頻分析了熱傳遞。“當(dāng)熱傳遞快速進(jìn)行時，碰撞瞬間會產(chǎn)生猛烈的氣泡和表面上的噴射流。”
研究發(fā)現(xiàn)，這些更加快速的熱傳遞模式同材料強(qiáng)度的減少相對應(yīng)。當(dāng)陶瓷被加熱至325℃時，出現(xiàn)了更加劇烈的液滴動力學(xué)過程（表明更加快速的熱傳遞），材料強(qiáng)度也相應(yīng)地大幅下降。不過，在高于325℃時，材料強(qiáng)度似乎較少受到熱沖擊影響，同時液滴動力學(xué)發(fā)生改變，形成更加明顯的蒸汽膜。
為減少熱傳遞以及陶瓷在高達(dá)325℃時經(jīng)歷的熱沖擊，Lee利用了一些核工程學(xué)的基本知識，也就是說，二相熱傳遞速率可通過將水從表面驅(qū)趕走以形成絕緣蒸汽膜而被降低。為此，他在陶瓷表面涂上納米粒子，產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)的疏水面。當(dāng)試驗(yàn)在擁有新涂層的陶瓷材料上重復(fù)時，水滴動力學(xué)得到極大改變，也沒有猛烈的泡沫噴出。而蒸汽膜的形成被觀察到。關(guān)鍵在于擁有新涂層的陶瓷在水滴撞擊后并未出現(xiàn)強(qiáng)度上的改變。
