连壁虎也无法粘在特氟龙上(以及其他滑溜的趣闻)

许多奇妙的发明之一,它的诞生源于一次意外。

罗伊·普伦基特(Roy Plunkett)这个名字听起来并不像一个注定要伟大的人。从某种意义上说,他确实不是。普伦基特为我们带来了特氟龙(Teflon)这项技术奇迹——但这是他意外发现的。

作为杜邦公司(DuPont)的一名工程师,普伦基特当时的任务是制造一种新型制冷剂。他在四氟乙烯气体方面的实验遇到了一点小麻烦,这种加压气体在瓶子内部变成了一种塑料状的物质。糟糕。这种固化物质作为制冷剂毫无用处,但当普伦基特剖开罐子时,他意识到了一件事:这种东西非常光滑。而光滑的东西是有用的。

特氟龙的传奇故事由此开始。本周是普伦基特做出这个幸运发现的80周年,让我们花点时间来欣赏一下特氟龙是多么美妙的东西。首先,这里有一个令人愉快的视频,展示了一只壁虎试图爬上一只不粘锅的墙壁但失败了。

壁虎之所以能粘在几乎所有东西上,是因为它们的脚利用了范德华力(van der Waals forces),这是原子和分子之间微小的吸引力。范德华力几乎无处不在,因此壁虎几乎能粘在任何地方。但它们粘不住特氟龙(也称为聚四氟乙烯,或PTFE——“特氟龙”是杜邦公司生产的PTFE的品牌名称)。特氟龙之所以没有这些力,是因为它的化学结构。是的,我们在这里要稍微深入研究一下。

特氟龙基本上由碳原子长链组成,外面包裹着氟分子,有点像一根带保护层的电线。氟是一种电负性极强的元素,意味着它强烈地吸引和保持电子。当与碳结合时,这意味着围绕碳原子的部分电子被拉向周围的氟原子。事实上,它们被拉得如此之强,以至于它们几乎一直停留在氟原子附近,在整个分子的外部形成强烈的负电荷。范德华力依赖于能够诱导分子或原子的正负两极,但特氟龙上的氟层具有永久的负电荷。电子会停留在原地。

PTFE teflon
特氟龙的化学结构。灰色球体是碳,绿色是氟。Ben Mills

其化学结构也是它如此不活泼的原因。碳通常几乎与所有物质发生反应,但当它被氟分子包裹时,它无法从物理上接触到任何其他原子来发生反应。

这一切都意味着壁虎的脚无法在特氟龙上抓牢,就像水和油无法粘附在该涂层上一样。极性分子和非极性分子都无法附着,如果整个表面都具有均匀的负电荷。

顺便说一句,蚂蚁也无法爬上特氟龙,这对于研究它们的研究人员来说非常有用。只需在蚂蚁栖息地的边缘喷洒一些特氟龙,就可以整天打开盒子——它们永远无法逃脱。

特氟龙惊人的惰性还在许多其他方面发挥了作用。曼哈顿计划就利用了它,用它来密封用于处理他们正在研究的铀的垫圈。特氟龙不活泼、耐腐蚀且摩擦力极低。用它涂覆管道,你就可以泵送任何气体——即使是超活泼的氟气——而无需担心交叉反应。液体会直接流过,即使是腐蚀性液体。

由于它具有疏水性,你也可以将特氟龙喷洒在需要抵御大量溢出物和污渍的衣物上。一些校服公司就是因为这个原因使用它。制作一张薄薄的特氟龙薄膜,稍微拉伸形成微小的孔隙,你就得到了一层轻质、透气的防水夹克材料——也就是所谓的Gore-Tex。

将特氟龙粉末化,你可以将其喷洒在任何东西上作为润滑剂。速拧魔方(Rubik’s cube)爱好者维基百科推荐了几种基于PTFE的喷雾,你可以用它们来“润滑你的魔方”,以加快转动速度。

牙医用特氟龙涂覆他们的工具,这样它们就不会粘附在填充材料上,有时还用它来覆盖周围的牙齿,以免被填充物的黏液覆盖。

一些滑雪固定器——连接你的靴子和滑雪板的部件——有特氟龙涂层,这样鞋子在松脱时很容易滑出。它甚至用于一些指甲油中,使其具有光滑、均匀的质感。

几乎任何你想消除摩擦的地方,你都能找到特氟龙。它可以润滑任何机器,衬砌任何软管,密封任何垫圈。它几乎就像魔法一样。

而且,与普遍的看法相反,它不会致癌。有一类称为全氟辛酸(PFOAs)的分子,过去曾用于特氟龙的生产,并且可能具有致癌性。但研究发现,不粘锅本身中只有微量PFOAs——远未达到在老鼠身上引起癌症的剂量。然而,PFOAs对环境有害,这就是为什么美国环境保护署现在对其进行监管。你不需要担心你的不粘锅,除非它开始剥落。剥落的碎片不会杀死你,但吃掉特氟龙碎片通常是不可取的。买一个新锅是值得的。

所以,去烹饪你的鸡蛋吧,放心地不用担心粘锅。特氟龙是件美妙的事情。

 

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Sara Chodosh

撰稿人

Sara Chodosh 在《Popular Science》杂志工作了 5 年多,她从编辑助理一路晋升为科学副编辑。在此期间,她逐渐接管了已停刊的杂志的“图表”板块。她对图表的喜爱最终促使她成为《纽约时报》的图形编辑。


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