Anonim

يمكن أن يؤدي سطح طارد المياه المستوحى من العنكبوت إلى نوافذ التنظيف الذاتي

علم

دارين كويك

26 فبراير 2010

يحاكي سطح جديد طارد للماء جدا الشعيرات الدقيقة الموجودة في أجسام العنكبوت

في السنوات الأخيرة ، كانت أوراق اللوتس هي السطح المفضل للعلماء الذين يتطلعون إلى تطوير أسطح متطورة للسباحة في الماء. لقد ابتكر الباحثون الهندسيون الآن ما يقولون أنه "واجهة شبه مثالية للماء" عن طريق الاقتراض من عجائب الطبيعة الأخرى - العناكب. من خلال إعادة إنتاج ، على قطع صغيرة من البلاستيك ، شكل وأنماط الشعرات الدقيقة التي تنمو على أجسام العناكب ، ابتكر الباحثون ما قد يكون بين ، إن لم يكن ، معظم سطح الماء الرهابي حتى الآن.

التطبيقات المحتملة للسطح فائقة المقاومة للماء المطورة في جامعة فلوريدا (UF) كثيرة. عندما تنفث المياه من على السطح فإنها تلتقط الأوساخ وتحمل معها ، مما يجعل التنظيف الذاتي للسطح. على هذا النحو ، فهو مثالي لبعض مواد تغليف الطعام ، أو النوافذ ، أو الخلايا الشمسية التي يجب أن تبقى نظيفة لجمع أشعة الشمس. سيكون من الممكن أيضا لمصممي القوارب أن يلبسوا القوارب معها لقوارب أسرع وأكثر كفاءة.

بدأ وولفغانغ سيغموند ، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة فرجينيا الغربية ، العمل في هذا المشروع منذ حوالي خمس سنوات بعد التقاط عمل زميل له. كان يجرب الألياف المجهرية عندما تحول إلى العناكب ، ولاحظه علماء البيولوجيا لمدة قرن على الأقل لشعوبهم المتصدعة للماء. العناكب تستخدم هذه الشعرات للبقاء جافة أو تجنب الغرق ، مع العناكب المياه التقاط فقاعات الهواء وتغلفهم تحت الماء للتنفس.

يقول سيغموند في البداية إنه صنع كل أليافه بنفس الحجم والمسافة. لكنه تعلم أن شعر العنكبوت طويل وقصير ومنحني ومستقيم بشكل مختلف ، مشكلاً سطحًا غير منتظم. وقرر أن يحاول تقليد هذا السطح العشوائي والفوضوي باستخدام شعر بلاستيكي متفاوت في الحجم ولكن بمتوسط ​​600 ميكرون أو مليون من المتر. وكانت النتيجة السطح طارد المياه فائق.

قال سيغموند: "معظم الناس الذين ينشرون في هذا المجال يذهبون دائمًا إلى هذه البنى المثالية ، ونحن أول من يثبت أن الأشرار هم الأفضل". "بالطبع هذا هو اكتشاف في المختبر. هذا ليس شيئًا تتوقعه من الناحية النظرية ".

تظهر الصور الفوتوغرافية عن قرب لقطرات الماء على المربعات البلاستيكية ذات الحجم الصغير أن القطيرات تحافظ على شكلها الكروي ، سواء كانت ساكنة أو متحركة. تنتفخ القطرات على معظم الأسطح الأخرى ، مما يؤدي إلى سحب نوع من الذيل أثناء حركتها. وقال سيغموند إن سطحه هو أول قطرات مكوك بدون ذيل.

أيضا ، على عكس العديد من أسطح طارد المياه ، يعتمد هذا بشكل كامل على الشكل المجهري وأنماط المادة - بدلا من تكوينها.

بعبارة أخرى ، الفيزياء ، وليس الكيمياء ، هو ما يجعلها مضادة للماء. من الناحية النظرية ، هذا يعني أن التقنية يمكن أن تحول حتى أكثر مواد إزالة الماء - على سبيل المثال ، الإسفنج - إلى مواد تسرف المياه. وهذا يعني أيضا أن أسطح سيغموند لا تحتاج أبدا إلى التخلص من المواد الكيميائية الخطرة. شريطة أن تكون المادة السطحية نفسها آمنة ، مما يجعلها مضادة للماء لا تقدم أي مخاطر جديدة.

ويعمل السطح بشكل جيد بالماء الساخن أو البارد ، ويقول سيغموند إن هناك تباينا في السطح يصد النفط أيضا ، وهو أول عنصر في الصناعة.

يتطلب عمل الماء أو سطح طارد النفط تطبيق غشاء مملوء بالثقب على بوليمر ، وتسخينهما ، ثم تقشير الغشاء. مصنوعة من الحرارة ، البوليمر يخرج من الثقوب في الألياف الرقيقة ذات الحجم العشوائي المرغوب.

وقال سيغموند إنه في حين أنه من غير المكلَّف ، يصعب إنتاج أسطح ناجحة بموثوقية كبيرة ، ويجب تطوير تقنيات مختلفة لجعل الأسطح ذات كميات وحجم متاحين تجارياً. وقال أيضا إن هناك حاجة لمزيد من الأبحاث لجعل الأسطح صعبة ومقاومة للضرر.

تظهر ورقة حول السطح في طبعة هذا الشهر من مجلة Langmuir .

يحاكي سطح جديد طارد للماء جدا الشعيرات الدقيقة الموجودة في أجسام العنكبوت

موصى به اختيار المحرر