《自然》：新型涂层材料几乎排斥所有液体

顾汉现

新型涂层材料几乎排斥所有液体


作者：Joanna Aizenberg 来源：《自然》


发布时间：2011-9-27 9:21:03


新型涂层材料几乎排斥所有液体


美国物理学家组织网近日报道，哈佛大学应用科学家仿照猪笼草的疏水策略，开发出了一种极为光滑的涂层材料，几乎能排斥包括血液、油在内的任何液体，甚至在高压、冰冻等极端环境条件下，仍能保持排斥液体或固体的能力。这种仿生疏流技术在生物医学流体处理、燃料运输、防污、防冻等方面有着广泛应用，甚至有望带来一种能自动清洁的窗户和改良型光学设备。该研究发表在近期《自然》杂志上。

猪笼草是一种叶子像水杯的食虫植物，尤其在雨后，其叶子表面会变得几乎无摩擦，散发出甜味，吸引蚂蚁、蜘蛛、甚至小青蛙。猪笼草的疏水策略与其他植物完全不同，它能在顶部形成一件光滑的外衣，把液体本身变成了疏水面。受其启发，研究人员将一种润滑液注入具有纳米微结构的透气性材料中，制成了这种名为“SLIPS”的疏水表面，意为“灌注液体的光滑透气表面”。

“我们开发的新型涂层材料胜过天然和人工的同类产品，为固液间排斥问题提供了一种简单而多用途的解决方案。”论文首要作者、哈佛大学工程与应用科学院的乔安娜·艾森伯格解释说，目前的其他疏水面，如仿荷叶效应疏水，利用的是表面特殊纹理结构，使水滴聚集滑落，但荷叶效应对一些有机物或复杂液体无效，表面刮擦后或在极端条件下，液体反而会黏附或沉积在上面，而且这种疏水面难以制作，成本很高。

“SLIPS就像猪笼草那样，不仅能滑倒昆虫，还能排斥多种液体和固体，几乎毫无阻滞，极轻微的倾斜都会让液体或固体从它表面上滑下来。”艾森伯格说。他们用蚂蚁做了多次实验，发现蚂蚁会从上面滑落，或刚爬几步就赶紧退回地面。

论文首要作者、艾森伯格实验室博士后王德成（Tak-Sing Wong）说：“由于SLIPS非常光滑，即使用刀子刮坏一部分，也能立即自行修复，修复后仍保持疏流性能，这让它能作为一种自动愈合材料。如果制成光学透镜，也是一种理想的自动清洁设备。”

此外，它在高压（675个大气压，相当于海平面以下7000米）、潮湿、低温等极端条件下也能保持这种几乎无摩擦的特性。研究小组在一次暴风雪之后进行了实验，发现它在严寒中还能排斥冰。艾森伯格说：“SLIPS的稳定性和独特的自愈能力，让它几乎能胜任任何应用，如极地或深海探测，为严苛条件下的应用带来了广阔前景。”

“我们的仿生表面不仅能在各种环境下发挥作用，而且成本低、制造简单。”论文合著者、艾森伯格实验室博士生姜成勋（Sung Hoon Kang）说，“它还能改进升级，因为你可以选择任何种类的透气材料和多种润滑剂。”

目前，研究人员正在为这种仿猪笼草技术申请专利。他们预计，该技术将来可用于运输燃料和水的管道、医用导管（如导尿管和输血系统）、自动清洁窗、无菌无垢表面等，还可进一步开发出排斥冰的材料，以及不留指纹或乱画痕迹的抗粘表面等。
  
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《自然》发表论文摘要（英文）：

http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature10447.html