Anonim

Spider-inspirert vannavvisende overflate kan føre til selvrensende vinduer

Vitenskap

Darren Quick

26. februar 2010

En ny ultra-vannavvisende overflate etterligner de minutthårene som finnes på edderkopplegemer

I de siste årene har lotusbladet gått til overflaten for forskere som ønsker å utvikle høyteknologiske vannavvisende overflater. Nå har ingeniørforskere opprettet det de sier er et "nesten perfekt hydrofobt grensesnitt" ved å låne fra en annen av naturens underverker - edderkopper. Ved å reprodusere, på små biter av plast, formen og mønstrene til minutthårene som vokser på edderkopper, har forskerne opprettet det som kan være blant, om ikke den mest vannfobiske overflaten ennå.

De potensielle bruksområdene til den ultra-vannavvisende overflaten utviklet ved University of Florida (UF) er mange. Når vann svekker seg fra overflaten, plukker den opp og bærer skitt med det, og gjør overflaten selvrensende. Som sådan er det ideelt for noen matemballasje, eller vinduer eller solceller som må holde seg rene for å samle sollys. Det vil også være mulig for båtdesignere å belaste hull med det for raskere, mer effektive båter.

Wolfgang Sigmund, professor i materialvitenskap og ingeniørfag ved UF, begynte å jobbe med prosjektet for fem år siden etter å ha tatt opp arbeidet til en kollega. Han eksperimenterte med mikroskopiske fibre da han vendte seg til edderkopper, bemerket av biologer i minst et århundre for sine vannavstøtende hår. Edderkopper bruker disse hårene til å holde seg tørre eller unngå å drukne, med vann edderkopper fange luftbobler og toting dem under vann å puste.

Sigmund sier i utgangspunktet at han lagde alle fibrene i samme størrelse og avstand fra hverandre. Men han lærte at edderkopphårene er både lange og korte og variert buede og rette, og danner en overflate som er alt annet enn uniform. Han bestemte seg for å prøve å etterligne denne tilfeldige, kaotiske overflaten ved hjelp av plasthår av varierende størrelse, men i gjennomsnitt på omtrent 600 mikrometer eller millioner av en meter. Resultatet var den ultravannavvisende overflaten.

"De fleste som publiserer på dette feltet, går alltid etter disse perfekte strukturer, og vi er de første som viser at de dårlige er de bedre, " sa Sigmund. "Selvfølgelig er dette et funn i et laboratorium. Dette er ikke noe du forventer av teori. "

Nærbilder av vanndråper på dimeformede plastfirkanter viser at dråpene opprettholder sin sfæriske form, uansett om de står stille eller beveger seg. Dråper bøyer seg ned på de fleste andre flater, og drar en slags hale mens de beveger seg. Sigmund sa at overflaten hans er den første til skytteldråper uten hale.

Også, i motsetning til mange vannavstøtende overflater, er dette helt avhengig av materialets mikroskopiske form og mønstre - i stedet for dens sammensetning.

Med andre ord, er fysikk, ikke kjemi, det som gjør det vannavvisende. Teoretisk betyr det at teknikken kan forvandle selv de mest vannavstøtende materialene - si svamper - til vannkilde. Det betyr også at Sigmunds overflater aldri trenger å kaste bort farlige kjemikalier. Forutsatt at overflatematerialet selv er gjort trygt, gjør det vannavstøtende ingen nye risikoer.

Overflaten fungerer like bra med varmt eller kaldt vann, og Sigmund sier at en variasjon av overflaten også avviser olje, en første for industrien.

Å lage vannet eller oljeavstøtende overflater innebærer å påføre en hullfylt membran til en polymer, oppvarme de to og deretter peeling av membranen. Gjort tøff av varmen, kommer polymeren ut av hullene i de ønskede tynne, tilfeldig størrelse fibrene.

Mens det er billig, er det vanskelig å produsere vellykkede overflater med stor pålitelighet, og forskjellige teknikker må utvikles for å gjøre overflatene i kommersielt tilgjengelige mengder og størrelser, sa Sigmund. Også, sa han, mer forskning er nødvendig for å gjøre overflatene hardt og resistente mot skade.

Et papir om overflaten vises i denne måneds utgave av journalen Langmuir .

En ny ultra-vannavvisende overflate etterligner de minutthårene som finnes på edderkopplegemer

Anbefalt Redaksjonens