一项可以在几乎任意颗粒上形成微尖峰的工艺，可能有助于制造更环保的涂料及其他应用。这项技术由密歇根大学的一个工程师团队所开发，因其在显微镜下显示为浓密多刺的形貌而命名为“刺猬颗粒”。研究的细节发表于1月29的Nature期刊上。

这项新工艺通过对改性油性或疏水性颗粒，使其能轻易地分散于水中。也可以改性水溶性或亲水性颗粒，使其分散于油或油性试剂中。

工程教授Nicholas Kotov、the Joseph B和Florence V. Cejka说，刺猬颗粒的这种独特性质是研究团队的一个意外发现。“我们原以为是一次失败。”Kotov说，“当我们看到这些原本疏水性颗粒分散在水中时，我们怀疑这些颗粒可能不是疏水性的，或者存在某种化学层使其分散在水中。但是当我们再一次检验的时候发现，这些颗粒与我们高中阶段所学到的传统化学知识相违背。”

研究团队发现，组成尖峰的颗粒大多相互排斥。同时，尖峰明显降低了颗粒的表面积，使其更易扩散。

这种颗粒有望首先在涂料上得到应用，目前的涂料通常使用甲苯等有毒的易挥发的有机化合物（VOC）来溶解颜料。研究人员表示，由刺猬颗粒制得的颜料可以溶解在无毒的溶剂中，比如水。据EPA估计，仅美国每年VOC的排放量就超过了800万吨，刺猬颗粒的使用有望减少涂料中的VOC排放。VOCs会引起各种呼吸道及其他疾病，对雾霾和气候变化也有影响。减少VOC的使用已经成为美国环境保护署及其他世界各地监管机构优先考虑的事情。“VOC溶剂有毒、易燃、安全治理成本高。”Kotov称，“如果我们可以不使用VOC的话，除了环境效益外还能明显节约成本。”Kotov表示，虽然已有一些低VOC甚至无VOC的涂料在用，但是刺猬颗粒可以提供一种更简便、更灵活、更便宜的生产方式。

在这项研究中，研究人员通过在聚苯乙烯微球上生长氧化锌尖峰从而形成刺猬颗粒。研究人员表示，这种工艺的最大优点就是可塑性：几乎可以在任何类型的颗粒上完成，可以通过调整突起生长过程中颗粒在不同溶液中的时间来改变尖峰的数量和尺寸，可制成尖峰的材料远不止氧化锌一种。

“我认为真正令人兴奋的一点是可制得各式各样的刺猬颗粒。非常可控、非常灵活。”化学工程博士生Joong Hwan Bahng说。

研究人员表示这项工艺也很容易扩展，就像Kotov说的那样可以“整桶整桶”地生产刺猬颗粒。Kotov设想下一步将开发各种其他应用，包括有助于溢油清理的油分散剂以及非水溶性药物的送服。他表示：“任何想在水中分散油性颗粒的问题，都是刺猬颗粒的潜在应用。事实上这仅仅是寻找合适的商业合作的问题。我们才刚刚开始探索这种颗粒的使用，我认为将来会有大量的应用的。”

题为“刺猬颗粒的异常分散性”（"Anomalous Dispersions of Hedgehog Particles"）及相关工作受到太阳能和热能转换中心（由美国能源部、科学办公室、基础能源科学办公室资助的能源前沿研究中心）、以及NSF和美国国防部的支持。

Kotov是一名化学工程、生物医学工程、材料科学与工程及高分子科学与工程教授。

 

新材料在线编译整理—— 翻译：菠菜