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新型自洁涂层终结污渍

来源:索比光伏网 发布时间:2011-12-04 23:59:59
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索比光伏网讯:德国研究人员采用冒烟的蜡烛,开发出一种廉价而简单的方法,涂到表面上,油滴就会弹开或直接滚落。这一进展最终制成的眼镜涂层和平板电脑屏幕,甚至不会留下油腻的指纹痕迹。


 
使表面能够排斥液体,无论是水性的还是油性的都排斥,这对于工业和生物医学应用也很重要的。但是,更难的是制备一种表面,使它排斥油或有机溶剂,而不是水,因为油的表面张力比水低得多。

我们需要的,是一种非常特殊的表面粗糙度,就像发芽的树支,可以排斥油。了解这一点已经有一段时间,但一直很难制作这样的纹理。麻省理工学院(MIT)和其他地方的早期工作,涉及到复杂的纳米光刻(nanolithographic)技术。

美因茨(Mainz)马克斯•普朗克高分子研究所(Max Planck Institute for Polymer Research)的研究人员,有一篇论文今天发表在《科学》杂志上,文中说,他们提出一种简单的方法,就是使用混合的蜡烛烟灰和二氧化硅(silica),用恰到好处的温度烘烤。

首先,他们把一个玻璃片举到心形蜡烛(但是任何蜡烛都可以做)上方。这会使烟尘沉积在玻璃片上,球状烟灰直径30至40纳米,堆放松散,而且产生的正是这样的表面纹理:大约80%的空穴和20%的球粒。

为了保护烟尘不被洗去,他们在上面涂上一层25纳米厚的硅壳;为了去掉烟灰的黑颜色,他们在600℃烘烤玻璃片,使它变得透明。随后,他们喷洒各种油,包括花生油和一些溶剂,拍摄显微图像,观察到这些液滴上下弹跳,就像乒乓球一样。

这种涂料也可以粘到铝,钢和铜上。而且因为它既排斥油也排斥水的属性,他们就说,这种材料是“超级双排斥”(superamphiphobic)。

尼里希•帕坦卡(Neelesh Patankar)是美国西北大学(Northwestern University)机械工程师,他说,这项研究是重要的一步,可以找到一条可行的商用途径,以制备这种材料。“已经知道什么样的表面化学和几何形状可以有效地”排斥油,他说,“这项研究表明了一种很好的方法,可以制备这种涂料,正是这种涂料切实相关。

有一个令人惊讶的巨大需求,就是需要这种表面,它可以排斥一些东西。例如,这就可以制备一些建筑板材,使它排斥水、油污或残留物,效果如此有效,雨水就可以把它们洗干净,这就使它们可以自我清洁。或者,甚至生物医药产品,包括微流体技术,也不会堵塞,因为水性或油性材料会粘它们上面。“我正在寻找一种眼镜涂层,但是,这可能在医药上也会有重要应用,”多丽丝•沃尔梅(Doris Vollmer)说,她是马克斯•普朗克团队的材料科学家。“在许多应用中,人们喜欢排斥油的。有些东西只排斥水是不够的。”

她补充说,虽然研究人员使用蜡烛烟灰,但类似尺寸的烟尘颗粒市场有售,这就可以示范,有望进行大规模低成本制造。这一小组正在探索商业合作伙伴,以推进这项技术。

埃姆巴里西•库尔卡尼(Ambarish Kulkarni)是先进纳米技术项目机械工程师,在通用电气公司(GE)全球研究所,他也在寻求超级双排斥材料表面,他说,论文详细介绍了一种“新方法”,可以制备它们。通用电气公司研究人员发现,这种表面具有一种防污益处,可用于燃气涡轮机内,有望使它们的运行更干净,更有效。

由于马克斯•普朗克研究所的这种方法使材料可以用于高温,因此,它“可能会开辟一些应用领域,都是以前无法实现的,”他补充说。

通用电气公司在这一领域有几个项目,包括一项研究,是滴入超级排水(superhydrophobic)粗糙度,就滴在通用热塑性塑料表面,用做一些东西如产品和食品包装。

马克斯•普朗克涂层有一个问题,就是对比各种斥水表面使用的粗糙表面,它可被划伤或磨损。因此,这种材料技术需要进一步完善,以制备排斥油的眼镜,这种眼镜也应真正防刮,沃尔梅承认。她也在研究一些方法,制备这种涂层时采用化学溶液,而不是最初使用的气相沉积法(vapor deposition method),后者需要高温炉。

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