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荷葉超疏水結構 為儀器披上防污外衣
2020年06月04日 08:38:34
來源：儀器網 點擊量：3964
隨著掃描電子顯微技術的發展，科學家已經發現荷葉一塵不染的原因是其表面具有微米級的蠟狀復合乳突結構。這種結構為荷葉帶來了超疏水和低粘附性，極大增加了水滴和荷葉之間的接觸角，使水滴可以在荷葉表面自由滾動，帶走表面的灰塵。擁有這種表面結構的材料被稱為超疏水材料。
【化工儀器網 行業動態】自古以來，荷花因其“出淤泥而不染”的特性而備受文人墨客的喜愛。作為可以始終保持清潔的植物的代表，荷花也成為“荷葉效應”這種自清潔現象的命名由來。
隨著掃描電子顯微技術的發展，科學家已經發現荷葉一塵不染的原因是其表面具有微米級的蠟狀復合乳突結構。這種結構為荷葉帶來了超疏水和低粘附性，極大增加了水滴和荷葉之間的接觸角，使水滴可以在荷葉表面自由滾動，帶走表面的灰塵。擁有這種表面結構的材料被稱為超疏水材料。
超疏水材料具有廣闊的應用前景。在很多幾十年前的科幻小說中，未來的衣物就具有超疏水材料的自凈能力。目前，利用納米技術重新編織棉纖維形成的超疏水纖維織物已經成為現實。雖然還沒有大規模應用，但仿荷葉的衣服已經不再是幻想。此外，三星還開發出超疏水透明薄膜技術，已經被用于智能手機等電子產品的顯示屏上。
儀器行業對超疏水材料也有很大的需求。落在儀器上的灰塵、微生物等不僅會影響儀器的性能，還可能引起儀器故障。特別是醫療器械和海洋儀器。很多醫療器械需要與人體密切接觸甚至進入人體內部，上面附著的細菌等微生物可能會引起感染，影響人體健康。而海洋儀器長時間位于水下，很容易聚集海洋微生物，導致儀器污損，造成經濟損失，影響海洋工業發展。
在海洋工業中，抗生物粘附的材料主要有兩種：可以釋放重金屬離子進行生物滅殺的材料和聚合物等抗粘附材料。但是這兩種材料都有各自的缺陷，例如重金屬離子影響生態環境，聚合物抗粘附材料化學穩定性低且機械性能差等。而且傳統涂料無法對一些精密儀器進行有效防護。研發新的抗粘附材料已經成為海洋工業以及海洋研究發展的必然要求。
中科院深圳先進技術研究院的研究團隊從荷葉的超疏水結構出發，成功研發出一種新型仿生金剛石功能膜，不僅具有自清潔和抗生物粘附功能，還可以抗磨損、抗腐蝕。為了制備這種金剛石功能膜，團隊專門研發出了一種“分步植晶氣相沉積法”，解決了傳統制備方法難以控制吸附密度和均勻性的問題，使制備出來的金剛石微納結構疏密均勻、性能可控，并且具有植物葉片仿生結構。
在功能測試試驗中，仿生金剛石功能膜可以在腐蝕性液體中保持一個月物理化學性質不變，即使在藻類爆發的環境中對綠藻的粘附也有很強的抵抗性。而且對于大腸桿菌的吸附也有很強的抑制效果。這說明這種仿生金剛石功能膜不僅可以用于海洋精密儀器，還可以用于醫療器械。
雖然理論研究的進展是促進儀器技術水平提高重要的因素，但是材料學的發展也是不可忽視的因素。儀器是有各種材料制作而成，關鍵材料的突破甚至可以讓儀器性能再上一個臺階。抗粘附金剛石功能膜在海洋精密儀器中的應用將為海洋儀器帶來巨大的改變，不僅可以延長儀器的使用壽命，還可以減少生物吸附對儀器性能的影響。超疏水材料在儀器中的應用并不僅限于抗生物粘附，還有更多的功能等待研究者的發掘。
資料來源：今日科學
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