特殊紋理可減少液滴與材料接觸時間提高防水性 - 其他 [複製鏈接]

司徒摩卡

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發表於 2013-11-22 08:25:30 |只看該作者 |倒序瀏覽

據美國麻省理工學院網站報道，該校科學家參與的一項研究發現，在材料表面增加一些特殊紋理可將液滴與材料表面接觸的時間減少40%，能大幅提升材料的防水防凍性能。相關論文發表在《自然》雜誌上。
論文共同作者、麻省理工學院機械工程系副教授克里帕·瓦拉納西說，液滴和物體表面接觸的時間非常重要，它影響兩者動量和能量的交互關係，直接決定材料的防水性能。接觸時間越短，帶來的優勢越大。例如，想要防止機翼結冰，就必須注意雨滴與機翼接觸的時間，兩者接觸的時間越長，機翼凍結的可能性越大。
根據理論，液滴在接觸物體表面后須經歷幾個階段：首先擴展成薄餅狀，然後再向內收縮，逐漸恢復形狀，在物體表面張力的作用下發生回彈，繼而離開接觸面。為減少接觸時間，傳統的思路是儘可能地減少液滴與接觸面的相互作用。據此，不少科學家都把重點放在了低黏性超疏水表面的研發上，但效果卻十分有限。新研究中，瓦拉納西的研究小組發現，以一種特殊的方式增加接觸面與液滴的相互作用可加速這一個過程，大幅減少兩者的接觸時間。
實驗中，研究人員在接觸面上人工製造了一些突起的「屋脊」，通過這種方式打破液滴對稱性，繼而將其分裂，使其以多個更小液滴的形式快速離開接觸面。與平滑表面相比，這種屋脊狀的表面能將接觸時間減少40%。
論文第一作者、原麻省理工學院博士后、現波士頓大學機械工程助理教授詹姆斯·伯德說：「我們已經證明，可以通過改變接觸面紋理的方式重塑液滴形狀，讓接觸面具有更強的防水性能。此外，接觸時間的減少還意味着液滴在接觸面凍結的可能性更低。」
除防水和防結冰外，該技術還可在其他領域獲得應用。例如，用該技術對水力發電的渦輪機葉片進行處理后將使葉片疏水性能更強，獲得更高效率。此外，這項新技術還可讓金屬材料具有更強的防鏽性能。這種紋理同樣也可以用在紡織品表面，替代目前易燃的防水布料。
瓦拉納西說，創建這些表面紋理非常簡單，工廠中普通的銑削刀具都可以完成這一工作，原有生產線幾乎不用更新。對該技術的潛力，瓦拉納西信心滿滿地說：「通過對紋理的優化，接觸時間還有望獲得進一步減少，我們希望最終能將其減少70%—80%。」

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