热水箱、洗衣机、水壶：每一个与(热)水接触的家用电器都会形成水垢，尤其是在水硬(意味着钙含量高)的地区。通常唯一有帮助的方法是使用醋或特殊的除垢剂来溶解坚硬的沉积物并恢复设备的功能。

这对于家庭来说是一个麻烦，对于火力发电厂来说也是一个昂贵的问题，例如那些发电站，其中水垢的形成被称为结垢。

热交换器特别容易产生水垢，这会大大降低系统的效率：热交换器管道中一层仅一毫米厚的水垢会使发电效率降低约1.5%。为了弥补这些损失，必须额外燃烧870万吨硬煤。这对碳足迹和气候不利，而且对电力生产商来说成本高昂。

创新的防水垢表面

苏黎世联邦理工学院和加州大学伯克利分校的一个研究小组现在找到了解决这个问题的可能方案：一种特殊的防水垢涂层，其具有微小的脊，可以防止水垢晶体的粘附。该团队的研究发表在《科学进展》杂志上。

对防水垢表面开发的基础研究很少。因此，由前ETH教授ThomasSchutzius领导的研究人员在微观层面上仔细研究了单个生长的石灰晶体、周围水流和表面之间的相互作用。

基于此，Schutzius的博士生JulianSchmid和其他团队成员用各种软材料开发了几种涂层，并在苏黎世联邦理工学院的实验室进行了测试。

最有效的涂层是聚合物水凝胶，由于研究人员使用光刻法制造了微纹理模具，其表面覆盖着微小的脊。

这种水凝胶的微观结构让人想起鲨鱼鳞片等自然模型，它也具有肋状结构，可以抑制鲨鱼皮肤上的污垢。

在水壶或锅炉中，沟槽确保水垢晶体与表面的接触较少，这意味着它们无法粘附，因此更容易去除;水流过水凝胶并流过肋状结构，将它们带走。虽然涂层不能完全防止水垢晶体的形成，但不断被动去除微观晶体会阻止它们生长在一起形成坚韧的层。

在生产不同的涂料时，研究人员主要改变了聚合物含量。聚合物含量越低，水含量越高，碳酸钙晶体粘附在表面上的效果就越差。

对聚苯乙烯制成的模型颗粒进行的测试表明，涂层的表面结构必须小于沉积在其上的颗粒。这减少了接触面积，从而减少了粘合力。“我们改变了材料的表面结构，以实现最大的效率，然后以这种最佳结构尺寸进行晶体实验，”施密德说。

更多信息：JulianSchmid等人，通过软材料的合理微观纹