一种新的方法,以疏液表面



“omniphobic”听起来像一个方式来描述人谁是害怕的一切,但它实际上指的是排斥几乎所有的液体一种特殊类型的表面。这种表面可能被一切从船体减少阻力,提高效率,以抵抗污渍和防止有害的化学物质覆盖使用。但开发的omniphobic表面迄今为止遭受的一个重大问题:冷凝能快速禁止其液体流动性。

此照片显示放置由bt365手机的研究人员开发纳米结构表面上的水滴。的颜色通过从表面上的微小结构可见光的衍射引起的,脊中专门设计的形状。凯尔威尔克图片

现在,研究人员在bt365手机已经找到一种方法来克服这种影响,制造表面的设计,大大减少凝结的影响,虽然在性能上略有牺牲。新的研究结果在该杂志描述 ACS纳米,由研究生凯尔维尔克,机械工程及部门负责人伊夫林旺,另外两个教授的论文。

创建一个表面可脱落几乎所有的液体需要精确的纹理的创建由柱或脊分开的微观气穴的阵列。这些气穴保持大部分的液体从与表面直接接触,从而防止它从远离的“润湿”或铺展,以覆盖整个表面。相反,液体珠成液滴。

“许多液体是完全润湿,意味着液体完全扩散开,说:”威尔克。这些包括许多在空调和冰箱,烃类,如那些用作燃料和润滑剂,以及许多醇所使用的制冷剂。 “这些都是非常困难的排斥。做到这一点的唯一方法是通过非常具体的表面几何形状,这是不那么容易做的,”他补充道。

各种团体正在努力制造方法,他说,但在几十微米(百万分之一米)以下的测量表面特征,“它可以使它非常难以制造,并且可以使表面非常脆弱。”

如果这样的表面被损坏 - 例如,如果微小的支柱之一是弯曲或折断 - 它可以战胜的全过程。 “一个地方的缺陷可以破坏整个表面的排斥液体的能力,”他说。和缩合,例如露因为空气和表面之间的温度差的成形,作用以相同的方式,破坏omniphobicity。

“我们认为:我们怎么会失去一些排斥性,但使表面稳健”对阵双方的伤害和露水,威尔克说。 “我们希望的是一个缺陷不会摧毁一个结构。”很多计算和实验后,他们发现,达到这一目标的感谢,部分地被断开,而不是表面上的微观连接气穴的几何形状,使得之间的扩展度口袋里不太可能。

该功能必须非常小,他解释说,因为当液滴形成他们最初在纳米,或一米的十亿的规模,这些不断增长的液滴之间的间距可以小于一微米。

关键架构开发团队基于脊,其轮廓像一个T字,或在某些情况下,一个T字带衬线(在招信在某些字体末端的小钩子)。两者的形状本身与这些凸脊的间距是实现表面的损坏和缩合电阻重要。形状被设计为使用液体的表面张力,以防止它穿透空气的微小的表面口袋,和脊连接方式防止附近的传播给他人的面腔的任何局部渗透 - 作为球队中已经确认实验室测试。

所述脊部在使用标准的微芯片的制造系统的多步骤方法制成,第一蚀刻掉脊之间的空间,然后涂覆所述柱的边缘,然后蚀刻掉那些涂层,以在脊侧上的压痕,留下一个蘑菇状悬在顶部。

由于目前技术的限制,维尔克说,omniphobic表面今天很少使用,但提高其耐久性和耐冷凝可能使许多新用途。该系统将需要进一步完善,但是,超越概念的初始证据。潜在地,它可以被用来制作自清洁表面,从而能够提高对积冰阻力,提高在工业过程中,包括发电用热传递的效率,并减少在表面上拖动,如船舶的船体。

研究人员表示这样的表面也可以提供保护,防止腐蚀,通过减少材料表面,并且它可暴露于任何腐蚀性的液体之间的接触。而且由于新方法提供了精确设计的表面结构的方式,维尔克说,它可以用于“剪裁面如何与液体,如裁缝在高性能器件的热管理传热相互作用。”

昌金金,在加州大学洛杉矶分校谁没有参与这项工作的机械和航空航天工程学教授说,“的omniphobic面最显著限制之一是,虽然这样的表面具有优异的液体排斥性,一旦液体进入在一些位置中的纹理表面中的空隙的整个表面被浸湿。这种新的方法解决了这个非常局限“。

金补充说,“我喜欢他们的核心思想是基于基础科学,而他们的目标是解决一个关键现实生活中的问题。他们解决的问题是一个重要但非常困难的。”而且,他说,‘这种做法有可能使一些对于一些重要的应用是有用的,实用的omniphobic表面。’

该研究小组还包括前研究生丹尼尔·普雷斯顿和正茂路。这项工作是由bt365手机和科学技术的阿布扎比​​(现在哈里发大学),阿布扎比国家石油公司,海军研究办公室,科研空军办公室马斯达尔学院,和之间的合作协议支持美国国家科学基金会。