美國研究人員發明了一種具有超疏水性的自清潔金屬,水滴會不斷地從其上彈開,直到滾走。
受防水荷葉等天然材料的啟發,超疏水材料最近在各地湧現。我們看到了一種用於發電廠的新型、超耐用、超疏水塗層2013年宣布,一種用於靴子和飛機的噴塗塗層2014年中期宣布,就在幾個月前,中國的研究人員發明了非常好的超疏水塗層,它甚至可以用於性玩具。幾週前,我有機會試運行一個新的澳洲產超疏水T卹,看著番茄和醬油的小滴在其原始的白色表面上滾動。
但儘管這些發明中的每一項都很酷,但它們的效果最終都會消失,因為這些材料塗有超疏水物質——它們本身並不是超疏水的。這就是為什麼這種新金屬如此令人興奮。它具有超疏水特性,這意味著它將永遠保持有效。
「我們能夠改變幾乎任何金屬的表面結構,這樣我們就可以控制液體對其的反應,」團隊成員、羅徹斯特大學光學副教授 ChunleiGuo 說。在新聞稿中。“我們甚至可以控制液體流動的方向,或者液體是否流動。”
為了製造這種自清潔材料,郭的團隊使用超快雷射光束對由鉑、黃銅和鈦製成的合金的表面進行了噴砂處理。當我們說「超快」時,我們是認真的——每次爆發只是一次飛秒很長,相當於幾兆分之一秒。或者,正如團隊所描述的”,“飛秒之於一秒,一秒之於約 3200 萬年……[並且]釋放出與整個北美電網一樣多的能量,所有能量都集中在一個針尖大小的點上”。
這些爆發在奈米尺度上改變了金屬的結構,在整個表面上形成了微小的凹坑、小球和線。這些奈米結構決定了液體分子被金屬表面分子吸引的程度,效果可以根據雷射的設定而增加或減少。這意味著在某種情況下,金屬可以變得超親水,這意味著它與液體的結合非常好,使它們像一個大擁抱一樣在表面上迅速擴散。在另一種設定下,它會變得超疏水,導致液體從那裡彈開。
「想像一個巨大的水路系統縮小到一個微小的晶片上,就像印在微處理器上的電子電路一樣,這樣我們就可以用一點點液體進行化學或生物工作,”郭說。「血液可以精確地沿著特定路徑流向用於疾病診斷的傳感器。有瞭如此小的系統,護士不需要抽取一整管血液進行測試。皮膚上的划痕可能含有足夠多的細胞進行微觀分析。 」
另外,它們的金屬是黑色的,這意味著它將對於需要光收集的應用特別有用,例如感測器和太陽能電池板,他們在雜誌上報道應用物理快報。它們的材料具有自清潔、防腐、防冰和抗微生物的特性。想像一下永遠不會積冰的空調和冰箱,永遠不需要除塵的架子,以及有害微生物永遠無法棲息的表面。
這項發明甚至引起了比爾和梅琳達蓋茲基金會的注意,因為它有可能促進世界各地發展中國家輕鬆收集雨水。 「在這些地區,收集雨水至關重要,使用超疏水材料可以提高效率,而無需使用具有大傾角的大漏斗來防止水粘在表面上,”郭在新聞稿中表示。 「第二個應用程式可能是創造使用起來更乾淨、更健康的廁所。”
但,正如 Alexandra Ossola 在 Motherboard 上所說,「它還遠遠沒有準備好部署在最需要它的現實世界場景中」。目前,對 2.5 公分 x 2.5 公分的金屬樣品進行雷射圖案化需要一個小時,當您想用這些材料創建巨大的漏斗和廁所時,這是不可行的。但觀看它的工作仍然非常有趣,即使我們需要等待一段時間才能看到它進入我們的生活。