受昆虫表面启发 研究人员发明防水涂层应用广泛

据外媒报道，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过研究昆虫表面，发明了一种前所未有的纳米结构，可用于设计更坚固、更有弹性的防水涂层。这种设计增强了防水能力，可以应用于个人防护装备，以更好地抵抗新冠肺炎和其他病颗粒。

在过去的几十年中，传统的防水表面设计是基于植物如荷叶， “宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系的博士生王林说。传统的工程理论已经使用这种方法来制造超疏水或防水表面。传统上，这种表面由低固体纹理制成，在低密度的微观毛发状纳米结构上留下一层极薄的空气，研究人员将其比作空中曲棍球桌。机械与生物医学工程系副教授Tak Sing Wong说：“原因是，如果液滴或物体漂浮在空气上方，它们就不会粘附在空气表面。”因为这种方法是有效的，人工涂层往往会模仿这种纳米结构的低密度特征。然而，宾夕法尼亚州立大学采用了一种完全不同的方法。当研究人员在高分辨率电子显微镜下观察蚊子的眼睛、跳跃昆虫的身体或蝉的翅膀等表面时，他们发现这些表面上纳米毛发的密度更高，这在工程中被称为高固体纹理。经过进一步探索，这一特征与植物结构有显著不同，可以实现更好的防水功能。研究人员说，“想象一下，在表面上有这种类型的高密度纳米结构，即使在更大的冲击下也有可能保持空气层的稳定性。”这也意味着，密度更大的结构可以排斥更快的液体，如雨滴。尽管这种设计理念对人类来说是新的，但研究人员认为，这种纳米结构增强了昆虫在自然环境中的灵活性和适应性。研究人员希望利用从大自然中获得的这些知识，将这一设计理念应用于下一代涂料，并开发出能够抵抗更快运动和更强液滴冲击的防水表面。此外，它们的应用范围很广，从小型飞行机器人运输工具、亚马逊的无人机运输包裹到商业客机，所有这些都可以使用模仿昆虫表面的涂层来提高效率和安全性。然而，在新冠肺炎大流行之后，研究人员也意识到这项技术可能对人类健康产生有益影响。研究人员表示，“我们希望在开发出这种涂层后，它可以用于个人防护装备。例如，如果有人在口罩周围打喷嚏，就会释放出高速飞沫。如果使用传统涂层，这些颗粒也会粘附在个人防护装备的表面。新设计的涂层可以更好地排斥这些飞沫，并保持个人防护装备表面无菌。”。“这项研究的下一步是开发一种具有成本效益的方法，即通过大规模制造模拟这种特性的涂层。

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