实验室培育的钻石内衬管道可使其保持洁净如新
无论输送的是水、燃料还是化学品，工业管道内壁都会随着时间推移不断堆积矿物沉积物，造成流量下降、设备磨损加剧，并迫使企业定期停机清洗和检修，增加运营成本。 目前常见的应对手段包括软化水、投加化学阻垢剂、使用特殊管材或内衬等，但这些方法各有局限，难以同时兼顾效果、成本和环保性。
莱斯大学休斯敦校区的材料科学团队提出，用实验室培育的钻石薄膜作为管道内壁涂层，可以显著抑制结垢，而且无需频繁人工干预即可保持表面洁净。 这一构想延续了此前研究中关于“钻石不仅极其坚硬、化学性质稳定，还能抑制细菌生长”的发现，为其在恶劣工况下的工程应用提供了理论基础。
研究人员采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）工艺制备钻石薄膜，这是目前合成钻石最常用的方法之一。 在实验中，甲烷和氢气被送入反应腔体，腔内放置了预先旋涂纳米钻石溶液的硅片，高功率微波将气体激发成高温等离子体，释放出的碳原子在数小时内沉积并重排为钻石结构，形成连续薄膜。 随后，团队分别用不同气体对薄膜表面进行“终端化”处理，使其带有氮、氧、氢或氟等不同表面基团，以比较其抗结垢性能。
在性能评估中，研究人员将这些钻石薄膜样品浸入过饱和的硫酸钙溶液中，在室温下放置20小时，让矿物结垢自然沉积。 结果显示，氮终端化钻石薄膜的结垢量比其他几种（氧、氢、氟终端）低了一个数量级以上，而且矿物只零星聚集成晶体簇，而不是形成难以去除的致密覆盖层。 当同样的处理应用于掺硼钻石电极时，其表面结垢量大约比未处理电极减少了七倍，进一步验证了该工艺在电化学设备上的潜力。
论文作者、莱斯大学材料科学与纳米工程系教授Pulickel Ajayan表示，这项成果表明，通过气相生长获得的、成本可控的多晶钻石薄膜，可以成为一种持久耐用的抗结垢材料，适用于海水淡化、能源系统等大量受矿物结垢困扰的领域。 Ajayan课题组此前已在钻石薄膜方面持续开展研究，包括今年早些时候展示其在更快、更高效电子器件和量子计算元件制造中的应用潜力，为钻石薄膜的多场景工程化奠定了工艺基础。 未来，这类钻石涂层不仅有望用于工业管道内壁，也有可能扩展到海水淡化装置、油气开采设备以及电站等关键基础设施上，从源头减少结垢带来的能耗和维护成本。
