仿生顯微組織材料被雕刻時，可在沒有涂層的情況下排斥液體，來源：阿卜杜拉國王科技大學

    （KAUST）現已研發出一種環保、無涂層的技術，該技術可使固體表面具有防水性。這對于通過管道輸送大量液體來說是至關重要。來自KAUST海水淡化和再利用中心的研究人員設計了以自然為靈感的表面，該表面減少了液體和管道表面之間的界面摩擦阻力。

    從原油和精煉石油運輸到灌溉和海水淡化，管道網絡在許多工業過程中無處不在。然而，液固界面間的摩擦阻力降低了管道的傳輸效率。

    減少阻力的傳統方法完全依賴于通常由全氟化合物組成的化學涂料。當化學涂料應用于粗糙表面時，這些涂層易在液-固界面處滯留空氣，從而液固接觸面積減小。因此，這增強了表面的疏水性，也就是說可以排斥水基和油基液體。

    “但如果涂層被損壞了，那么解決起來就麻煩了，”團隊負責人Himanshu Mishra說道。他表明涂層受磨料磨損時或在高溫條件下均會發生不同程度的損壞。

    因此，為解決這一問題，Mishra的團隊開發出了一種具有顯微紋理的表面。這種表面在浸入濕潤的液體時，不需要涂層來捕捉空氣。該方法是模仿在潮濕土壤中發現的類昆蟲彈尾蟲皮。研究人員在KAUST納米制造核心實驗室工作，在光滑的二氧化硅表面雕刻出蘑菇狀邊緣的微腔陣列，稱為雙凹（DRC）。

    合著者Sankara Arunachalam說：“通過剛果民主共和國的建筑，我們可以在不使用涂料的情況下，在濕潤液體下長時間捕獲空氣。”與簡單的圓柱形空腔不同的是，在浸入十六烷溶劑后不到0.1秒就被填滿了，仿生空腔保留了超過1000萬秒的滯留空氣。為了解更多關于空氣長期滯留的信息，研究人員系統地比較了圓形、方形和六邊形DRC的潤濕行為。他們發現循環DRC在維持被困空氣方面是最好的。

    研究人員還發現，液體的蒸汽壓會影響這種俘獲。對于低蒸氣壓力的液體，如十六烷，所捕獲的氣體在幾個月內是完整的。

    對于蒸汽壓較高的液體，如水，腔內毛細管冷凝破壞了長期滯留。

    利用這些設計原則，Mishra的團隊正在探索可擴展的方法來產生蘑菇狀的腔體，并將其轉化為廉價的材料，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯，以減少摩擦阻力和淡化海水。“以這項工作為基礎的研究和應用開辟了幾個令人興奮的途徑！”Mishra總結道。

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責任編輯：殷鵬飛

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