2020年7月20日
通过昆虫的调查表面,宾夕法尼亚州立大学研究人员详细先前身份不明的纳米结构,可以用于工程师更强大、更有弹性防水涂料。
这项研究的结果发表在今天(7月17日)欧洲杯线上买球科学的进步。
增强能力击退滴,这个设计可以应用到个人防护装备(PPE)更好地抵抗virus-laden粒子,如COVID-19等应用程序。2020欧洲杯下注官网欧洲杯猜球平台
“在过去的几十年里,传统设计的防水处理的表面通常是基于植物,像荷叶一样,“Lin Wang说,博士生在美国宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程,论文的主要作者。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
古典工程理论已经使用这种方法来创建超疏水,或防水处理,表面。传统上,他们是生产固体分数较低的纹理,维持一层极薄的空气上面微观的低密度,毛发状纳米结构,研究人员像空中曲棍球表。
“推理如果液滴或物体漂浮在最重要的是空气,它不会卡住的表面,“Wormley Tak-Sing Wong说职业生涯早期工程教授,副教授机械和生物医学工程和王的顾问。
因为它很有效,人造涂料往往模仿这些纳米结构的低密度。
然而,本文详细展示了一个完全不同的方法。当检查表面就像一只蚊子的眼睛,身体弹尾虫或蝉的翅膀在高分辨率的电子显微镜下,王发现,这些表面上的纳米毛发更密集,将在工程称为高固相分数纹理。在进一步的探索,这种显著的背离植物结构可能使额外的水排斥的好处。
“想象一下,如果你有一个高密度的纳米结构表面,”王说。“它可能维持稳定的空气层部队从更高的影响。”
这也意味着更密集结构可以击退液体,正以更高的速度,如雨滴。
设计概念是新人类,研究人员推测这种纳米结构增强了昆虫在其自然环境的弹性。
“对于这些昆虫的表面,排斥水滴是一个生死攸关的问题。雨滴的冲击力足以携带到地面并杀死他们,”王说。“那么,他们是非常重要的保持干燥,我们算出。”
知识来源于自然,研究人员希望这种设计原则适用于创建下一代涂料。通过开发一个防水处理的表面能够承受更快的移动和高影响液滴,丰富的应用程序。
从小型飞行机器人车辆,如无人机,亚马逊希望交付包,商用客机,表面涂层,可以模仿这些昆虫可以提供增加效率和安全性。
然而,根据COVID-19大流行,研究人员已经意识到这方面的知识有一个额外的对人类健康的影响。
“我们希望开发时,这种涂料可以用于PPE。例如,如果有人打喷嚏时面罩,那些是高速液滴。与传统的涂料,这些粒子可以坚持PPE的表面,“欧洲杯猜球平台Wong说。“然而,如果设计原则详细摘要成功了,它将有能力击退那些水滴更好的和潜在的表面保持无菌。”
在这项工作,黄见解来自大自然启发工程实验室生物现象使人类的创新更好、更有效。
“虽然我们没想到应用在这个项目的开始,COVID-19让我们思考我们如何使用这个设计原则来造福更多的人,”Wong说。“由我们工程师把这些发现和应用它们以一种有意义的方式。”
下一步工作将开发一个大规模,成本有效的方法可以制造涂料模仿这些属性。
“在过去,我们没有一个有效的表面可以击退高速水滴,”Wong说。“但昆虫告诉我们如何去做。在自然界中有很多这样的例子;我们需要向他们学习。”
这项研究是由美国国家科学基金会资助,PPG基金会Wormley家族早期职业教授,人欧洲杯线上买球道主义物资计划奖由Covestro和宾夕法尼亚州立大学材料研究所。欧洲杯足球竞彩其他贡献者包括Ruoxi Wang本科女校友,和王静,博士毕业,机械工程系。
来源:https://www.psu.edu/