仿生顯微組織材料被雕刻時(shí)，可在沒有涂層的情況下排斥液體，來(lái)源：阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)

    （KAUST）現(xiàn)已研發(fā)出一種環(huán)保、無(wú)涂層的技術(shù)，該技術(shù)可使固體表面具有防水性。這對(duì)于通過管道輸送大量液體來(lái)說是至關(guān)重要。來(lái)自KAUST海水淡化和再利用中心的研究人員設(shè)計(jì)了以自然為靈感的表面，該表面減少了液體和管道表面之間的界面摩擦阻力。

    從原油和精煉石油運(yùn)輸?shù)焦喔群秃Ｋ艿谰W(wǎng)絡(luò)在許多工業(yè)過程中無(wú)處不在。然而，液固界面間的摩擦阻力降低了管道的傳輸效率。

    減少阻力的傳統(tǒng)方法完全依賴于通常由全氟化合物組成的化學(xué)涂料。當(dāng)化學(xué)涂料應(yīng)用于粗糙表面時(shí)，這些涂層易在液-固界面處滯留空氣，從而液固接觸面積減小。因此，這增強(qiáng)了表面的疏水性，也就是說可以排斥水基和油基液體。

    “但如果涂層被損壞了，那么解決起來(lái)就麻煩了，”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Himanshu Mishra說道。他表明涂層受磨料磨損時(shí)或在高溫條件下均會(huì)發(fā)生不同程度的損壞。

    因此，為解決這一問題，Mishra的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種具有顯微紋理的表面。這種表面在浸入濕潤(rùn)的液體時(shí)，不需要涂層來(lái)捕捉空氣。該方法是模仿在潮濕土壤中發(fā)現(xiàn)的類昆蟲彈尾蟲皮。研究人員在KAUST納米制造核心實(shí)驗(yàn)室工作，在光滑的二氧化硅表面雕刻出蘑菇狀邊緣的微腔陣列，稱為雙凹（DRC）。

    合著者Sankara Arunachalam說：“通過剛果民主共和國(guó)的建筑，我們可以在不使用涂料的情況下，在濕潤(rùn)液體下長(zhǎng)時(shí)間捕獲空氣。”與簡(jiǎn)單的圓柱形空腔不同的是，在浸入十六烷溶劑后不到0.1秒就被填滿了，仿生空腔保留了超過1000萬(wàn)秒的滯留空氣。為了解更多關(guān)于空氣長(zhǎng)期滯留的信息，研究人員系統(tǒng)地比較了圓形、方形和六邊形DRC的潤(rùn)濕行為。他們發(fā)現(xiàn)循環(huán)DRC在維持被困空氣方面是最好的。

    研究人員還發(fā)現(xiàn)，液體的蒸汽壓會(huì)影響這種俘獲。對(duì)于低蒸氣壓力的液體，如十六烷，所捕獲的氣體在幾個(gè)月內(nèi)是完整的。

    對(duì)于蒸汽壓較高的液體，如水，腔內(nèi)毛細(xì)管冷凝破壞了長(zhǎng)期滯留。

    利用這些設(shè)計(jì)原則，Mishra的團(tuán)隊(duì)正在探索可擴(kuò)展的方法來(lái)產(chǎn)生蘑菇狀的腔體，并將其轉(zhuǎn)化為廉價(jià)的材料，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，以減少摩擦阻力和淡化海水。“以這項(xiàng)工作為基礎(chǔ)的研究和應(yīng)用開辟了幾個(gè)令人興奮的途徑！”Mishra總結(jié)道。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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