神奇的表面科技

来源: 百科知识

发布日期: 2014-09-11

本文介绍了科学家们如何模仿自然界中的拒水表面,开发出人工的“超级排斥表面”,这种表面能够排斥各种液体,包括水和油,甚至血液和咖啡。文章详细描述了这种表面的制造过程及其在不同领域的应用前景,如防护服、油污清理、玻璃防雾、船舶减阻等。科学家们正在探索将这种技术推广到几乎所有领域,以解决日常生活中的各种问题。

鸭子有一身不沾水的羽毛,这是因为它们的羽毛上有一层油;荷花能“出污泥而不染”,荷叶可将水滴抖落得干干净净,这是因为其外表覆盖着一种像蜡一样的物质,科学家们称这种表面为“拒水表面”。

科学家试图使用人工生产的材料模仿荷叶的表面,他们发明了一种“超级排斥表面”,并用一个组合的拉丁词为其命名,即由“一切”和“憎恶”两个词组成,原本的意思是“憎恶一切”。在材料科学家看来,“憎恶一切”的意思就是排斥所有的液体,包括水和油,还有血、咖啡和酒精等等。拥有这种“排斥一切”的表面是人们的梦想。

材料学家们已经研制出了几种不同版本的“超级排斥表面”。例如,他们尝试用非常细的不锈钢丝制成密集的丝网,它很像家里用的纱窗,但编织要细密得多,一片成人拇指指甲大小的样品上分布着超过1200个细小的网格。科学家们在丝网上喷一层极薄的化学纤维涂层,从而在网格中形成了一个个小气囊。任何液体接触到这些气囊时,都只能在气囊上流动,而不能触碰到真正的固体表面,这样一来,它就和荷叶的表面很相像了。

科学家认为,假若能让材料表面有选择地排斥,那么这些材料可以发挥的作用将更大。比如,他们就研制了一种专门对付油污染的表面,有了这种表面,清理湖泊、江河和海洋中的油污就容易得多了。要构建这种表面,科学家们同样需要一个极细的金属丝网,然后在丝网上涂一层化学物质,不同的是,这种物质能排斥油,但对水却是吸收的。假若你把油和水泼向这种表面,那么水会穿过表面,而油则被挡在外面。

科学家还发现,让表面展示一种“混合”的行为还能满足人们的更多需求。一个突出的实例是镜子和其他玻璃物品的表面,这些表面很容易被雾化而变得模糊不清,这是因为当潮湿的空气遇到了冰冷的玻璃,例如照相机的镜头、镜子等,空气中的水分会很快被冰冷的表面所凝结,这些凝结的水滴散射光线从而使玻璃变得不透明了。

为了彻底解决玻璃起雾的问题,美国麻省理工学院的材料科学家迈克尔·鲁布纳和他的同事们想到了一个更妙的办法,那就是做一个组合的表面,它吸收水蒸气,却排斥水滴。空气中的湿气可以经过组合表面的外层,但一旦穿过外层,它们便被内层所捕捉,黏附在了内层上,而内层也只是将水分子暂时“固定”住,它的奥妙在于气体水分子在内层无法聚在一起,它们因此就不能混合和结冰。

“超级排斥表面”的出现使一些科学家有了越来越多的想法,于是有人想到了更大的家伙——船。在浩瀚的海洋上,巨轮的航行非常耗费能源,它们在水中破浪前进必须克服巨大的阻力。当巨大的船体划过水流时,水和船体的摩擦对巨轮形成了强大的拖曳作用,假若有办法减少这种作用,船便会行驶得更快,能量也会消耗得更少。

克服拖曳的关键在于减少摩擦,其中的一种方法是在船体的水线以下制造一个空气层,这就好比给巨轮穿上一件“空气外套”,在这种情况下,船实际上行进在空气中,而不是在水中。

科学家们正在设法将表面科技推广到几乎所有的领域。例如,人们设想使用一种表面的涂层以除去输电线上冻结的冰层,在暴风雪的天气里,这种冰层会给人们带来很大的麻烦。同样地,类似的涂层还能减少船体上的藻类,使船舶行进得更省力。至于其他日常的方面,例如不沾污物的衣服,不起雾的镜子、眼镜、车灯等等更是不胜枚举。正因为如此,“超级排斥表面”才对科学家们具有“超级魔力”。

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