Apa wae bahan superhidrofobik?

Bahan superhidrofobik minangka bahan sing repulsive kanggo banyu, lan tetesan banyu ora disebar ing permukaan supaya njaga wujud bundher, saéngga bisa nggayuh efek ngresiki. Wettability minangka salah sawijining sifat penting ing permukaan bahan padhet. Faktor penting sing nemtokake sipat telesing bahan kalebu komposisi kimia ing lumahing materi lan geometri mikroskopis permukaan. Mula, para ilmuwan duwe permukaan kanthi sudut kontak banyu statis luwih saka 150 ° lan sudut muter kurang saka 10 ° sing diarani permukaan superhydrophobic. Bahan superhidrofobik umume duwe struktur komposit mikro-nano lan bahan kimia lumahing rendah, uga prasyarat kanggo dadi bahan superhidrofobik. Amarga karakteristik reresik, pemisahan banyu lenga, tahan karat, anti-kebisingan lan anti-kabut, permukaan super-hidrofobik wis disenengi para ilmuwan materi ing taun-taun pungkasan, narik kawigaten ilmuwan kanggo nandur modal ing riset bahan super-hidrofobik.
Kasunyatane, luwih saka 2.000 taun kepungkur, wong nemokake yen sawetara tanduran thukul ing endhot, nanging godhonge meh mesthi resik, umume conto yaiku godhong teratai. Kembang teratai biasane tuwuh ing rawa lan banyu sing cethek, nanging duwe ciri "sludge lan ora nglelep", sing nggawe kembang teratai minangka simbol kemurnian sajrone ewu taun. Bumi lan rereget ing godhong lotus bisa gampang dicandak dening embun lan udan, tetep resik. Ilmuwan nyebat fenomena sub-reresik iki "efek teratai."
Nanging, mekanisme godhong teratai sing tetep di resiki durung dikenal nganti pangembangan scan mikroskopi elektron (SEM) ing pertengahan taun 1960-an, lan wong-wong mbuwang rahasia saka godhong teratai. Ing taun 1977, Barthlott lan Neinhuis Universitas Berne, Jerman, nyinaoni struktur permukaan godhong lotus kanthi mindhai mikroskop elektron (kaya sing dituduhake ing Gambar 1). Diwujudake yen struktur mastoid mikron ing permukaan godhong teratai lan zat lilin minangka kunci kanggo fungsi ngresiki awake dhewe. Dheweke percaya yen "efek godhong" sing diasilake disebabake kombinasi bahan energi lumahing kurang kaya zat waxy lan struktur mikron proses susu.
Panliten nuduhake manawa akeh struktur miksi mikroba ukuran mikroba sing disebarake ing permukaan godhong teratai (Gambar 1 (a)); sebilangan gedhe struktur brangan ukuran nano kanthi ukuran mastoid (Gambar 1 (b)); Kajaba iku, ana macem-macem tabung tipis telung dimensi ing epidermis saka godhong teratai (Gambar 1 (c)). Struktur komposit-nano kaya kasebut nyebabake area kontak ing ngisor tetesan banyu lan permukaan godhong teratai. Mula, komponen lilin lumahing godhong teratai lan struktur komposit micro / nano makarya bebarengan kanggo nyuda superhydrophobicity unik lan adhesion sing kurang menyang godhong teratai. Sudut kontak lan sudut muter banyu ing godhong lotus udakara udakara 160 ° lan 2 °. Tepung banyu meh sithik ing permukaan godhong teratai lan bisa muter kanthi bebas ing kabeh arah, nalika njupuk bledug ing permukaan godhong teratai, nuduhake efek ngresiki awake dhewe (Gbr. 1 (d)). Efek teratai, yaiku, ngresiki awake dhewe, nampilake kemampuan anti-polusi sing kuwat nalika sudut kontak karo banyu luwih gedhe saka 150 °, yaiku, rereged permukaan kayata bledug bisa dibuang dening tetesan banyu sing tiba tanpa ninggalake jejak.

Saka alam nganti bionik: kepungkur lan saiki bahan superhydrofobik 1

Gambar 1 gambar SEM ing permukaan godhong teratai
Saliyane godhong lotus, ana akeh tanduran lan kéwan ing jagad iki superhidrofobik. Tepung banyu ing godhong beras luwih individu tinimbang tetesan banyu ing permukaan godhong teratai. Ora kaya tetesan banyu ing permukaan godhong teratai, sing bisa muter ing endi wae, tetesan banyu ing godhong beras bisa gampang nggulung ing arah agul-agul, nalika luwih angel nggulung ing arah vertikal . Iki amarga godhong sawah duwe protrusions sing berorientasi kanthi garis lan struktur alur siji-dimensi (Gambar. 2 (a)). Ing arah horisontal ing wutah ing agul-agul, sudut puteran gulung yaiku 3 ° - 5 °, lan ing arah vertikal, sudut gulung yaiku 9 ° - 15 °. Alignment linear struktur mastoid ing permukaan godhong beras nyedhiyakake tetesan kanthi macem-macem alangan energi sing nyusup ing loro arah kasebut. Kaya swiwine kupu-kupu, nalika swiwi kupu dikepung, tetesan banyu bakal muter ing sumbu paksi supaya tetesane ora bisa udan awak kupu-kupu. Pranyata swiwine kupu-witan ditutupi pirang-pirang skala mikropon-nano sing akeh sadawane sumbu axis (Gambar 2 (b)). Struktur micro-nano kanthi arah sing efektif banget nyebabake efek banyu tetesan sing teles, saingga tetesan banyu bisa gampang muter ing arah radial nalika dipasang ing arah sing beda. Loro negara sing beda bisa diatur kanthi ngontrol postur flaping swiwi utawa arah udhara sing ngliwati permukaan swiwine. Lekat anisotropik iki ngidini swiwi kupu bisa diresiki kanthi langsung ing lingkungan sing lembab, njamin kestabilan sajrone penerbangan lan ngindhari klempakan bledug.
Ora kaya tetesan banyu cilik ing permukaan godhong teratai sing gampang digulung, tetes banyu cilik ing petal mawar cenderung netepi permukaan. Liwat eksplorasi mikroskopis saka kembang kelopak mawar, para ilmuwan nemokake manawa permukaan kembang kelopak mawar dumadi saka mastoid ukuran micron, nalika ing ujung mastoid, ana akeh struktur lipatan nano, lan struktur lempitan nano iki minangka asil saka bantal kembang mawar sing dhuwur. Faktor utama (Gambar 2 (c)). Gas bisa ana ing struktur lempitan nano, nalika banyu bisa nembus kanthi gampang ing antarane mikro-mamalia. Sing padha karo kelopak mawar yaiku sawijine kuku. Titik gecko yaiku super-hidrofobik lan ngresiki dhewe, nanging apa sing nyenengake ilmuwan yaiku tungku nduweni kemampuan ultra-adesif bisa obah kanthi bebas ing permukaan sing lancar. Iki amarga bristles mikronisasi sing disesuaikan kanthi apik ing permukaan sawijine gecko, sing dumadi saka atusan ujung nanoscale sing luwih cilik (Gambar 2 (d)). Kekuwatan Van der Waals sing digawe saka kontak antarane nanotip brambang gecko lan permukaan sing solid yaiku dhukungan kanggo nyusup ing macem-macem sudhut.
Mripat senyawa nyamuk disusun kanthi mripat cilik heksagonal, lan protrusion hexagonal sing ketat disusun ing saben mata cilik (Gambar 2 (e)). Struktur komposit unik iki ndadekake mripat senyawa lemut nyaring hidrofobik. Yen lemut kasebut dideteksi ing lingkungan sing salah, bisa ditemokake yen tetesan cilik banget ora dibentuk ing permukaan mata lemut, lan jumlah tetesan sing akeh dikepetake ing fluff ing sekitar mripat lemut. Sifat hidrofobik sing banget iki nyegah tetesan saka adhepan lan aglomerat ing permukaan mata lemut, menehi tampilan lemut kasebut. Panemuan kasebut menehi ide riset sing inspirasi kanggo pangembangan bahan lumahing anti-kabut.
Otter bisa mlaku utawa uga mlumpat ing banyu. Rahasia yaiku superhydrophobicity sing kuwat saka sikil wulu. Nalika otter ngadeg ing permukaan banyu, sikilé dadi vorteks kanthi ambane kira-kira 4 mm lan ora mung nembus lumahing banyu. Saben sikil duwe kekuwatan superhydrofobik sing kuwat lan awet, sing bisa nyengkuyung udakara 15 kali. Ing wektu sing padha, mikrostruktur khas lintah lintah uga ditemokake, lan sawetara akeh struktur kaya-kaya mikro sing ditutupi sikil lintah, struktur-mikro kasebut berorientasi ing pojok sekitar 20 °, lan saben struktur jalur mikro iki kasusun saka alur nano-alur (Gambar 2 (f)). Struktur multi-skala berlapis mikro-nano unik kanthi efektif njupuk gas ing antarane sikil lintah lan permukaan banyu kanggo nggawe film gas sing kuat. Kemampuan sikil super-hidrofobik sing kuwat kanggo inspirasi desain piranti akuatik anyar.

Saka alam nganti bionik: kepungkur lan saiki bahan superhydrofobik 2

Gambar 2 mikrostruktur beda kewan
Wahyu Asli: Saka "Efek Lotus" Surfaces Ngresiki dhewe menyang Konstruksi Lumahing Superhydrophobic
Hukum manungsa, ukum bumi, langit lan ukum, ukum Tao iku alami. Kanthi nyinaoni godhong tanduran kanthi superhydrophobicity ing alam, bisa dingerteni manawa persiyapan permukaan superhidrofobik mbutuhake rong kahanan: siji yaiku permukaan materi nduweni energi permukaan sing sithik; sisih liyane yaiku permukaan bahan padat duwe kekasaran tartamtu lan duwe micron. Lan struktur dual nano.
Saka sudut kontak statis ing permukaan padat, kunci kanggo nemtokake lyophobicity lumahing padhet dumunung ing komposisi kimia saka lumahing bahan, lan kekandelan lumahing mung nambah efek iki. Mula, nalika mbangun lumahing padat superhydrophobic, umume kanggo mbangun lumahing atos ing lumahing energi sing kurang utawa kanggo ngowahi bahan energi lumahing ing permukaan sing atos. Pisanan, wong wiwit sinau persiapan bahan energi lumahing rendah, lan nemokake manawa bahan padat kanthi energi permukaan sing paling murah yaiku bahan siloxane lan fluorine. Antarane, bahan sing ngemot fluorine paling apik, lan energi lumahing udakara 10 mN / m luwih murah tinimbang siloxane, lan fluorine minangka radius atom paling cilik kabeh unsur kajaba hidrogen. Duwe elektronegativitas sing kuwat, energi ikatan fluorokarbon sing dhuwur, energi kohesive sing kurang, lan stabilitas termal lan stabilitas kimia. Duwe ciri tahan panas, resistensi cuaca, resistensi kimia, lan indeks biasan sing kurang. Nalika permukaan materi - klompok CF3 dibandhingke ing susunan hexagon sing dikempalken kanthi rapet, permukaan padhet nduweni tegangan permukaan sing paling ngisor 6,7 mJ / m 2. Mula, umume bahan sing disiapake karo energi lumahing sing kurang yaiku bahan sing kalebu fluorine. Kajaba iku, wong wiwit nyoba macem-macem cara kanggo ngontrol struktur permukaan kanggo nyiyapake lapisan superhydrophobic. Saiki, metode pangumpulan mandiri lapisan, cara pemendapan beluk fisik utawa kimia, metode etching, metode template, cara nyemprot elektrostatik, lan cara sol-gel umume digunakake.
Kesempatan lan tantangan kanggo bahan super-hidrofobik: kekiatan lan transparansi
Sanajan bahan superhidrofobik duwe prospek aplikasi sing amba ing urip nyata, nanging isih akeh kesulitan kanggo nyadari aplikasi superhydrophobicity sing nyebar, lan tantangan paling gedhe yaiku kekiatan lan transparansi. Pelapisan hidrofobik kurang adhesion ing landasan, lan struktur atos uga rapuh. Yen permukaan kena pengaruh mekanik kayata impact lan gesekan, bisa gampang rusak lan ilang sifat superhydrofobik. Mula, pangembangan lapisan super-hidrofobik kanthi anti-gesekan sing stabil utawa permukaan super-hidrofobik kanthi fungsi ndandani dhewe wis dadi masalah mendesak ing bidang riset bahan superhidrofobik. Umumé, kanggo entuk superhidrofobik, permukaan bakal duwe kekasaran tartamtu, lan luwih gedhe kekejeman, indeks refleksi lan luwih murah transparansi. Iki mbatesi aplikasi bahan superhydrophobic menyang piranti optik.

Kesimpulan

Saka alam nganti bionik, bahan superhidrofobik diwiwiti saka godhong teratai lan wis dikembangake nganti saiki. Ilmuwan ora tau mandheg-mandari njelajah alam. Aku percaya yen kita nambahake eksplorasi alam, pemahaman babagan alam terus saya jero, lan bidang superhydrophobicity mesthi bakal terus maju.

Maringi Balesan

Alamat email Sampéyan ora dijedulne utāwā dikatonke. Ros sing kudu diisi ānā tandané *

jv_IDBasa Jawa
en_USEnglish zh_CN简体中文 es_ESEspañol hi_INहिन्दी arالعربية pt_BRPortuguês do Brasil ru_RUРусский ja日本語 de_DEDeutsch ko_KR한국어 fr_FRFrançais tr_TRTürkçe pl_PLPolski viTiếng Việt jv_IDBasa Jawa