En konstrueret retningsbestemt nanofilm efterligner naturens nysgerrige bedrifter

(PhysOrg.com) - I naturen, teksturerede overflader giver nogle planter mulighed for at fange insekter og pollen, visse insekter evnen til at gå på vand, og gekkoen evnen til at bestige vægge. At kunne efterligne disse funktioner i større skala ville anspore til nye fremskridt inden for vedvarende energi og medicin. I et papir, der blev offentliggjort i 10. oktober -udgaven af Naturmaterialer , et team af forskere fra Penn State, søforskningslaboratoriet, og Harvard Medical School rapporterer om udviklingen af ​​en konstrueret tynd film, der efterligner de naturlige evner, vandkrævende insekter kan gå på overfladen af ​​vand, og for sommerfugle at kaste vand fra deres vinger.

Selvom superhydrofobe selvrensende overflader er et aktivt forskningsområde, denne udvikling markerer et teknisk gennembrud i evnen til at kontrollere retningen af ​​flydende transport. Ved hjælp af en række poly (p-xylylene) nanoroder syntetiseret ved hjælp af en bottom-up dampfaseteknik, forskerne var i stand til at klemme vanddråber i en retning med enorme klæbekræfter, der er proportionelle med antallet af nanoroder og overfladespændingen, mens dråber slippes i den modsatte retning.

Forskellen mellem stiften og frigivelseskraften er 80 mikronwton, mere end ti gange værdierne rapporteret på andre konstruerede overflader med skralde-lignende funktioner, og den første sådan overflade, der blev konstrueret på nanoskalaen. For nylig, forfatterne demonstrerede også retningsbestemt vedhæftning og friktion af disse overflader, ligner den måde en gekko kan bestige en væg ( J. Anvendt fysik , 2010). Geckos fødder indeholder cirka 4 millioner hår pr. Kvadratmillimeter, der henviser til, at polymer nanoroder kan deponeres med 40 millioner stænger pr.

Nanofilmen produceret ved denne teknik, kaldet skrå vinkelaflejring, giver en glat overflade i mikroskala til transport af små vanddråber uden pumper eller optiske bølger og med minimal deformation for selvdrevne mikrofluidiske enheder til medicin og til mikromontering.

I arbejde sponsoreret af den amerikanske flåde, nanofilmen er tænkt til brug som en belægning, der ville reducere træk på skibets skrog og forsinke tilsmudsning. Potentielle industrielle og energirelaterede anvendelser er som retningsinjektionssprøjter og væskedioder, pumpefrie digitale fluidiske enheder, øget effektivitet af termisk køling til mikrochips, belægninger til dæk, og endda i energiproduktion fra regndråber.

Føringen på Penn State -holdet, Melik Demirel, lektor i ingeniørvidenskab og mekanik og tilsvarende forfatter til rapporten, mener, at den nuværende laboratoriebaserede dampfaseteknik, som selvom det er relativt enkelt stadig kræver et vakuum, kan erstattes af en flydende faseteknik, hvilket ville gøre det muligt at skalere produktionen af ​​deres materiale til branchestørrelse. ”Den største indflydelse ved vores metode er, at vi for første gang kan skabe en kontrolleret retningsflade på nanoskalaen, ”Slutter Demirel.