独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）可持续材料研究部[研究部部长Mamoru Nakamura]环境陶瓷研究小组首席研究员Atsushi Hozumi开发了一种新的铝表面处理技术，该技术具有极好的防水性。
目前，大多数铝表面的超防水处理都是通过电化学处理（例如阳极氧化）使表面变得粗糙，然后添加含氟基团/烷基硅烷偶联剂使用溶液进行处理。
用本次开发的处理技术，对铝、氟基进行热水处理后异氰酸酯化合物的蒸气中，形成厚度约1nm的单分子膜。 （具有-N=C=O 的分子）。异氰酸酯是形成化学键的高反应性分子 (氨基甲酸酯键)，分子还形成水平氢键，形成极其稳定的单分子层。此外，该方法具有以下优点：1）由于使用蒸汽，所以没有废液；2）反应再现性良好；3）与溶液法相比，不太可能产生聚合物。所得表面显示出极高的拒水性。那水滴接触角是前进接触角167°／后退接触角165° 和迟滞（前进接触角与后退接触角之差）极小，因此水滴容易在表面上滚动。此外，即使经过这种表面处理，铝的金属光泽也不会消失。
这种处理技术有望防止铝表面沾污，并减少流体（水）与表面之间的流动阻力。它还可以通过减少化工厂和建筑物内管道输送流体所需的电力、消除对流体添加剂的需求（对环境影响小）以及通过防止腐蚀来延长使用寿命来有助于节能。
该技术的详细信息发表在美国化学会期刊Langmuir 2009年5月11日的网络版上。
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经过此处理的铝表面上的水滴
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在能源资源匮乏的日本，需要开发有助于节能的新材料/制造工艺。从微观结构的角度来看，生物体可以说是精密纳米结构器件的集合。模仿生物结构独特功能的材料/制造工艺技术是创新技术，从能源和资源节约的角度来看，需要开发此类技术。
迄今为止，我们正在研究和开发利用有机硅烷分子自组装形成的单分子膜赋予新功能的表面处理技术。特别是，我们研究和开发了利用氟基有机硅烷分子在玻璃和硅表面形成单分子膜，以赋予防污、耐磨性和防水性。
此次，我们着眼于荷叶惊人的拒水特性（荷叶表面有许多细小的拒水针状突起），利用异氰酸酯化合物优异的反应活性，进行金属表面处理技术的研发。
我们现已发现，当铝表面暴露于异氰酸酯化合物的蒸气时，由于异氰酸酯化合物的自组织而在表面上形成单分子膜。如图1所示，当铝在沸水中处理5分钟以上（热水处理）时，会形成氧化膜（Al2O3)和水反应在表面形成勃姆石(AlO[OH])，并且该勃姆石溶解在热水中。这种化学效应和空化作用（物理效应）在表面形成高度为10至15 nm的针状微结构。当将该基材在氮气气氛下密封在含有氟化异氰酸酯（固体）的聚四氟乙烯容器中并在150℃的干燥器中反应三天时，形成厚度约1nm的单分子膜（图2）。这种单分子膜非常稳定，因为它与铝表面的羟基（铝醇）反应并形成化学键（氨基甲酸酯键）以及分子之间的氢键。
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图1处理流程图
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图2 铝表面形成纳米结构的异氰酸酯单分子层示意图
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处理后的表面是由于水热处理的表面纳米结构效应和氟化异氰酸酯单层降低表面能的效应的结合。超疏水表面（照片）。该表面上水滴的接触角为167°前进接触角和165°后退接触角，滞后作用（前进接触角与后退接触角之差）极小，水滴容易滚落。此外，即使经过处理的表面在水中放置一个月后，也没有观察到接触角的减小或铝的腐蚀，目前正在进行更长期的测试。此外，即使采用新开发的热水/异氰酸酯单层处理后，铝也不会失去金属光泽。
如果铝表面具有如此超强的防水性，则有望提高耐腐蚀性（免维护）并防止污垢粘附在铝窗框上。此外，当应用于化工厂、建筑物内的管道、供水设备和其他使用流体的装置时，可以预期通过降低流体的流动阻力来减少输送流体所需的功率，并且由于不再需要在流体中添加添加剂而减轻环境负担。
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照片：处理后铝表面上的水滴
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此次开发的处理技术有望提高铝的耐腐蚀性，增加防止结垢的效果，并降低管道的流动阻力。未来，我们的目标是通过技术转让将这一处理技术投入实际应用。