Через исследование поверхностей насекомых, исследователи Пенсильванского государственного подробную ранее неизвестные наноструктуры, которые могут быть использованы для инженера сильнее, более устойчивыми водоотталкивающие покрытия.
Результаты этого исследования были опубликованы сегодня (17 июля) в науке прогрессом.
С повышенной способностью к отражению капельки, эта конструкция может быть применена для средств индивидуальной защиты (СИЗ), чтобы лучше противостоять вирус-Ладена частиц, таких как COVID-19, среди других приложений.
«За последние несколько десятилетий, условно предназначенные репеллент поверхности воды, как правило, на основе растения, как Голубой лотос», — сказал Линь Ван, аспирант кафедры материаловедения и инженерии в Университете Пенсильвании и ведущий автор статьи.
Классических технических теорий, этот подход используется для создания гидрофобные или водоотталкивающие свойства, поверхности. Традиционно, они изготавливаются с низкой сплошной текстуры фракции, которые поддерживают чрезвычайно тонкий слой воздуха над низкой плотности микроскопических, волосы-как наноструктуры, которые исследователи сравнивают с аэрохоккеем.
«Аргументация, если капли или объект плавает на поверхности, что воздух, он не «застрять» на поверхности», — сказал Так-Синг Вонг, Wormley Начало карьеры профессор технических наук, доцент кафедры механической и биомедицинской инженерии и Ван советника.
Поскольку он эффективно работает, искусственные покрытия, как правило, имитируют низкая плотность этих наноструктур.
Однако, в данной статье подробно описано совсем другой подход. При рассмотрении поверхности, как глаза комара, тело ногохвостки или крылышко цикады под высокое разрешение электронных микроскопов, Ван обнаружили, что в наноструктурном волосы на те поверхности, которые более плотно упакованы, указанных в технических как высокое твердое текстуры фракции. После дальнейшего изучения, это значительный отход от структуры растений может придать дополнительный гидрофобизированы и преимущества.
«Представьте, если бы у вас была высокая плотность этих наноструктур на поверхности», — сказал Ван. «Это может быть возможным, чтобы сохранить стабильность воздушной прослойки от Высших сил влияния».
Это также может означать более плотно упакованных структур может быть способен отталкивать влагу, что движется на более высокой скорости, такие как капли дождя.
Хотя концепция дизайна является новым для человека, исследователи теоретизировать этот наноструктуры повышает устойчивость насекомых в их естественной среде обитания.
«Для этих поверхностей насекомых, отталкивать капельки воды-это вопрос жизни и смерти. Силу удара дождевых капель достаточно, чтобы нести их на землю и убивали их», — сказал Ван. «Таким образом, это действительно важно для них, чтобы остаться сухой, и мы выяснили, как.»
С помощью этого знания, почерпнутые из природы, исследователи надеются применить этот принцип для создания покрытий дизайн следующего поколения. Путем создания водоотталкивающей поверхности, которая может выдержать быстрое перемещение и высокий капельки воздействия, заявки в изобилии.
От маленьких, летающих роботизированных автомобилей, таких как дроны, что Amazon рассчитывает поставить пакеты с, для коммерческих авиалайнеров, покрытие, которое может эмулировать эти поверхности насекомого может обеспечить повышенную эффективность и безопасность.
Однако, в свете COVID-19 пандемии, ученые так понял, это знание может оказать дополнительное влияние на здоровье человека.
«Мы надеемся, что, когда разрабатывали данное покрытие может быть использовано для СИЗ. Например, если кто-то чихает вокруг лицевого щитка, это высокая скорость капель. С традиционным покрытием, эти частицы могут прилипать к поверхности СИЗ», — сказал Вонг. «Однако, если принципы дизайн-подробно изложено в данной работе были приняты успешно, он будет иметь способность отталкивать эти капли намного лучше и потенциально сохранить поверхности стерильны.»
Как видно в данной работе, в лаборатории Вонг природы вдохновил инженерии обращает выводы из биологических явлений к инновациям человечество лучше и эффективнее.
«Пока мы не предполагали, что применение в начале этого проекта, COVID-19 заставило нас задуматься о том, как мы можем использовать этот принцип конструкции, чтобы помочь большему числу людей», — сказал Вонг. «Это до нас, как инженеров, чтобы принять эти открытия и применять их осмысленно.»
Следующий шаг для этой работы будет развиваться в больших масштабах, экономичный способ, который могут изготовить покрытие для имитации этих свойств.
«В прошлом у нас не было эффективной поверхности, что может оттолкнуть высокая скорость капельки воды,» сказал Вонг. «Но насекомые рассказал нам, как. Есть очень много таких примеров в природе; мы просто должны учиться у них».
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом, Фондом ФПГ Wormley семьи Начало карьеры профессора, гуманитарные материалы инициативу премию спонсирует Covestro и научно-исследовательского института материалов в Университете штата Пенсильвания. Дополнительные участники-это Ruoxi Ван, обычные выпускницы, и Ван Цзин, докторской выпускника, оба в отделе машиностроения.
почувствуйте разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!