叶甲虫启发人们利用凹面结构制作新型防水表面

Josiah02 · 发表于 2024-11-5 21:30:42

通过模仿叶甲虫的结构，研究人员开发出了一种能够抵抗水滴冲击和压力的超疏水表面。该技术有望提高海洋、航空和能源等各个行业的效率并降低维护成本。该成果发表在《先进材料》上。

在韩国蔚山科学技术大学能源与化学工程学院教授 Dong Woog Lee 的带领下，该研究团队从凹柱 (CP) 结构中汲取灵感，这种结构存在于某些叶甲物种和土壤栖息的跳虫 (弹尾目) 物种的绒毛中。基于这种自然结构，该团队实现了即使在恶劣环境条件下也能保持超疏水性的 CP 表面。
通过利用自然界中发现的这些原始结构，研究人员成功地阻止了液滴润湿表面，并实现了更高的超疏水性。与传统的超疏水表面相比，新开发的结构表现出了显著更高的抗冲击和抗水压能力。
超疏水性是指水可以轻易滚落而不渗透表面的特性。该特性在各个领域有广泛的应用，包括自清洁、防冰和防污。

现有的超疏水表面存在局限性，特别是在水滴受到冲击或压力时表面容易变湿的情况下。为了应对这些挑战，稳定的抗湿机制对于在恶劣条件下保持超疏水性至关重要。
研究团队以叶甲虫和土壤跳虫身上观察到的凹面结构为基础，利用这一概念，他们创造了具有凹腔的 CP 表面，即使在受到高速水滴碰撞和高静水压力的情况下，也能表现出稳定的超疏水性。
实验结果表明，CP 结构在撞击时的抗湿性比普通支柱 (NP) 结构高出约 1.6 倍。在高水压条件下，NP 结构约 87% 被浸湿，而 CP 结构只有 7% 被浸湿。

凹腔与水滴接触后形成气垫，起到弹簧的作用，阻止水的渗透。因此，CP表面在24小时内保持稳定的超疏水性。
李教授表示：“我们为稳定超疏水表面的设计引入了新方向。如果这一设计成功实施，预计将对各种工业应用做出重大贡献。”

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