动态全疏表面实现完全润湿制冷剂的稳定滴状冷凝：突破性涂层技术提升工业能效

研究人员针对传统疏水表面无法实现低表面张力氟化制冷剂滴状冷凝的难题，开发了一种基于Parylene-C和氟烷基硅烷（HFDS）的多层复合涂层（P-HFDS）。通过大气气相沉积技术，该涂层在无结构修饰的平滑表面实现了包括合成制冷剂R1233zd(E)（表面张力14.6 mN m-1）在内的多种低表面张力液体的稳定滴状冷凝，热传递系数最高提升688%，并展现出170天的长期耐久性。这项研究为制冷、能源等工业领域的高效冷凝系统提供了可规模化应用的解决方案。

　　

在工业冷凝过程中，传统金属表面会形成降低传热效率的液膜，而疏水表面虽能促进水滴状冷凝，却对乙醇（21.96 mN m^-1）、氟化制冷剂（如R1233zd(E)仅14.58 mN m^-1）等低表面张力液体完全失效。随着环保法规推动高全球变暖潜能值（GWP）制冷剂的淘汰，开发能适配新型低GWP制冷剂的冷凝表面成为迫切需求。

美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）的Kazi Fazle Rabbi团队通过创新性表面化学设计，将低接触角滞后（θ_CAH）的Parylene-C基底与氟烷基硅烷（HFDS）结合，开发出动态全疏P-HFDS涂层。该工作首次实现了合成氟化制冷剂的滴状冷凝，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用原子力显微镜（AFM）表征表面形貌，X射线光电子能谱（XPS）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）分析化学组成，通过定制化冷凝实验台测量热传递系数。关键突破在于：1）利用MPTS粘附层实现Parylene-C与HFDS的共价嫁接；2）通过接触角测量证实涂层对R1233zd(E)的26°前进角（θ_{a）和9°接触角滞后；3）采用高分辨率光学系统记录液滴动力学。}

表面设计与表征

通过三步法在硅基底构建P-HFDS涂层：先沉积1.5μm厚Parylene-C，经MPTS活化后嫁接HFDS。AFM显示涂层均方根粗糙度（R_{rms）仅6nm，XPS检测到-CF3（294.0 eV）和-CF2（292.0 eV）特征峰，证实氟烷基成功锚定。相较未活化的对照组，MPTS激活样本的ToF-SIMS氟碳离子信号增强20倍。}

润湿性与热传递性能

P-HFDS表面能低至15.2 mJ m^-2，对R1233zd(E)的θ_CAH仅17°，促使液滴在0.9mm时即脱落。在129 kPa饱和压力下，R1233zd(E)的冷凝传热系数达25.45±1.3 kW m^-2 K^-1，较膜状冷凝提升688%。乙醇、正己烷和戊烷的传热增强分别达274%、347%和636%。

长期耐久性验证

连续170天测试显示：乙醇（100天）、水蒸气（60天）和R1233zd(E)（90天）均保持滴状冷凝，且传热性能衰减<5%。涂层在铝、铜、不锈钢等基底均表现稳定，抗合成润滑油污染特性尤为突出。

该研究通过分子级表面设计解决了低表面张力流体冷凝强化的世纪难题。P-HFDS涂层的基底普适性（兼容增材制造AlSi10Mg）、可扩展性（适用于翅片换热器）和环境友好性（替代高GWP制冷剂），为工业冷凝系统能效提升提供了变革性方案。未来需进一步探索非PFAS（全氟烷基物质）替代化学以应对环保法规，并拓展至表面张力<10 mN m^-1的极端工况。