Plante med æggeslags testure inspirerer til vandtæt belægning

Et flydende ukrudt, der tilstopper vandveje rundt om i verden, har mindst en forløsende funktion:Det er inspireret til en højteknologisk vandtæt belægning beregnet til både og ubåde.

Den brasilianske bregne Salvinia molesta har spredt sig til dels i Amerika og Australien, fordi dens overflade er præget af mærkeligt formede hår, der fanger luft, reducere friktion, og hjælpe planten med at holde sig flydende.

I 1. november -udgaven af Journal of Colloid and Interface Science, Ingeniører fra Ohio State University beskriver, hvordan de genskabte strukturen, der ligner et tæppe af bittesmå æggeslagsformede fibre. Plastbelægningen, de skabte i laboratoriet, er blød og overdådig, som et mikroskopisk shag -tæppe.

I naturen, luftlommer fanget i bunden af ​​Salvinias hår reducerer friktion i vandet og hjælper planten med at flyde, mens et klæbrigt område ved spidserne af æggeslagene klæber let til vandet, giver stabilitet.

Det er kombinationen af ​​glatte og klæbrige overflader, der gør strukturen så speciel, sagde Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar og Howard D. Winbigler Professor i maskinteknik ved Ohio State.

"Salvinia -bladet er en fantastisk hybridstruktur. Hårens sider er hydrofobe - i naturen, de er dækket med voks - som forhindrer vand i at røre ved bladene og fanger luft under æggeslagsformen øverst. Den indesluttede luft giver planten opdrift, " han sagde.

"Men toppen af ​​hårene er hydrofile. De klæber kun lidt til vandet, som holder planten stabil på vandoverfladen. "

I test, belægningen udført ligesom Salvinia -hårene i naturen. Hårbunden var glat, mens hårspidserne var klæbrige. Vanddråber trængte ikke ind mellem hårene, men i stedet klamrede sig til toppen af ​​æggeslagsstrukturer-også når belægningsprøven blev vendt på siden til en 90-graders lodret.

Med kommerciel udvikling, belægningen kan reducere træk og øge opdriften og stabiliteten på både og ubåde, Sagde Bhushan.

Bhushan og kandidatstuderende Jams Hunt sammenlignede klæbrigheden af ​​deres plastbelægning med klæbrigheden af ​​det naturlige Salvinia -blad ved hjælp af et atomkraftmikroskop. De to overflader udførte næsten identisk, med plastbelægningen, der genererer en klæbende kraft på 201 nanoNewtons (milliarder af en Newton) og bladet genererer 207 nanoNewtons.

Det er en meget lille kraft sammenlignet med velkendte klæbemidler, såsom transparent tape eller endda malertape. Men vedhæftningen ligner den på en anden naturlig overflade undersøgt af Bhushan og andre forskere:gekko -fødder.

"Jeg har studeret gekko -fødderne, som er klæbrige, og lotusbladet, som er glat, "Sagde Bhushan." Salvinia kombinerer aspekter af begge dele. "

Bhushan udvikler biomimetiske strukturer - kunstige strukturer skabt i laboratoriet for at efterligne strukturer, der findes i naturen. Gecko fødderne inspirerede ham til at undersøge en flyttbar, "smart" klæbemiddel, og lotusbladet inspirerede forestillingen om glas, der afviser vand og snavs.

Han kom for at studere Salvinia gennem en kollega i universitetets drivhus for biologiske videnskaber, der leverede prøver af planten til undersøgelsen.

Salvinia molesta, også kendt som kæmpe salvinia, er hjemmehørende i Brasilien, og er en populær plante til hjemmakvarier og dekorative damme rundt om i verden. Det behøver ikke snavs, men lever udelukkende i vandet - selv vand i bevægelse som floder og søer.

På et tidspunkt, den store plante undslap fra folks hjem i naturen. Nu har det spredt sig til kommercielle vandveje i Nordamerika, Sydamerika, og Australien, hvor det er blevet en invasiv art.

Mens anlægget er til gene for skibe i dag, det kunne i sidste ende give en fordel, hvis en kommerciel belægning baseret på dens tekstur blev tilgængelig. Bhushan har ingen planer om at kommercialisere det selv, selvom.

"Med denne undersøgelse, vi har fået dyb indsigt i et meget enkelt koncept [hvordan Salvinia -bladet fungerer]. Det er der sjovt er, "sagde han." Desuden Jeg er allerede gået videre til at studere hajskind. "