荷叶超疏水结构 为仪器披上防污外衣


发布时间:2020-06-03 17:35 浏览量 54 views
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摘要: 自古以来,荷花因其“出淤泥而不染”的特性而备受文人墨客的喜爱。作为可以始终保持清洁的植物的代表,荷花也成为“荷叶效应”这种自清洁现象的命名由来。

自古以来,荷花因其“出淤泥而不染”的特性而备受文人墨客的喜爱。作为可以始终保持清洁的植物的代表,荷花也成为“荷叶效应”这种自清洁现象的命名由来。

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随着扫描电子显微技术的发展,科学家已经发现荷叶一尘不染的原因是其表面具有微米级的蜡状复合乳突结构。这种结构为荷叶带来了超疏水和低粘附性,极大增加了水滴和荷叶之间的接触角,使水滴可以在荷叶表面自由滚动,带走表面的灰尘。拥有这种表面结构的材料被称为超疏水材料。

超疏水材料具有广阔的应用前景。在很多几十年前的科幻小说中,未来的衣物就具有超疏水材料的自净能力。目前,利用纳米技术重新编织棉纤维形成的超疏水纤维织物已经成为现实。虽然还没有大规模应用,但仿荷叶的衣服已经不再是幻想。此外,三星还开发出超疏水透明薄膜技术,已经被用于智能手机等电子产品的显示屏上。

仪器行业对超疏水材料也有很大的需求。落在仪器上的灰尘、微生物等不仅会影响仪器的性能,还可能引起仪器故障。特别是医疗器械和海洋仪器。很多医疗器械需要与人体密切接触甚至进入人体内部,上面附着的细菌等微生物可能会引起感染,影响人体健康。而海洋仪器长时间位于水下,很容易聚集海洋微生物,导致仪器污损,造成经济损失,影响海洋工业发展。

在海洋工业中,抗生物粘附的材料主要有两种:可以释放重金属离子进行生物灭杀的材料和聚合物等抗粘附材料。但是这两种材料都有各自的缺陷,例如重金属离子影响生态环境,聚合物抗粘附材料化学稳定性低且机械性能差等。而且传统涂料无法对一些精密仪器进行有效防护。研发新的抗粘附材料已经成为海洋工业以及海洋研究发展的必然要求。

中科院深圳先进技术研究院的研究团队从荷叶的超疏水结构出发,成功研发出一种新型仿生金刚石功能膜,不仅具有自清洁和抗生物粘附功能,还可以抗磨损、抗腐蚀。为了制备这种金刚石功能膜,团队专门研发出了一种“分步植晶气相沉积法”,解决了传统制备方法难以控制吸附密度和均匀性的问题,使制备出来的金刚石微纳结构疏密均匀、性能可控,并且具有植物叶片仿生结构。

在功能测试试验中,仿生金刚石功能膜可以在腐蚀性液体中保持一个月物理化学性质不变,即使在藻类爆发的环境中对绿藻的粘附也有很强的抵抗性。而且对于大肠杆菌的吸附也有很强的抑制效果。这说明这种仿生金刚石功能膜不仅可以用于海洋精密仪器,还可以用于医疗器械。

虽然理论研究的进展是促进仪器技术水平提高最重要的因素,但是材料学的发展也是不可忽视的因素。仪器是有各种材料制作而成,关键材料的突破甚至可以让仪器性能再上一个台阶。抗粘附金刚石功能膜在海洋精密仪器中的应用将为海洋仪器带来巨大的改变,不仅可以延长仪器的使用寿命,还可以减少生物吸附对仪器性能的影响。超疏水材料在仪器中的应用并不仅限于抗生物粘附,还有更多的功能等待研究者的发掘。

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