蝉可以帮助我们开发未来日常表面自洁

在多机构研究领导的研究华威大学,我们调查了模型表面模仿蝉的翅膀准确地理解昆虫如何去除污染物。如果你想“不要蝉只是摆脱尘埃翅膀?”,答案是没有。蝉甚至不动一点自然干净的翅膀,因为它使用冷凝的水滴。我们的研究发表在纳米快报。

自洁特定于水滴吗?

自清洁表面像蝉的翅膀,壁虎的皮肤和荷叶有独特的属性叫做“super-hydrophobicity”让他们极其排斥的水。因此,当水滴落到他们,或者凝结在潮湿的条件下,他们将采用球形。这些医生滴要么滚下表面重力在合并或“跳”了他们的邻居。在这个过程中,他们“捡”污染物,去除表面。这是最近的实验中观察到。

然而,到目前为止没有理论完整地描述自清洁表面是如何工作的。一旦制定和系统地验证,一个完整的理论将帮助研究人员预测哪些液体可以删除特定污染物从一个给定的表面没有任何外部干预。

一个统一的理论,自清洁表面

在我们的研究中,制定这样一个理论,解释了在前面的实验中观察到的各种表面自洁micro-to-millimeter规模。这个新理论也显著解释分子模拟在纳米尺度的结果。在我们的模拟中,我们把一个纳米粒子在一个滴坐在super-hydrophobic表面和推动对第一第二滴。他们走到一起,合并和跳离水面,带走的粒子。

在仔细调查各种力量参与系统,我们确定了影响这一过程的重要参数。事实证明,之前从表面去除污染物,污染物的滴下将像一个热气球,即将从地面起飞。

论文的主要结论是:

• 新理论可以描述的相图给出了一个全面的了解何时以及如何自洁。
• 拉力经历了由纳米颗粒/污染物最高时,液滴在热气球形状。
• 液滴的大小相对于下面的污染物必须在一个特定的范围自洁。
• 抑制自洁系统参数可以调整,如果需要,并鼓励运输super-hydrophobic表面的纳米粒子。

高性能的自清洁表面在我们的日常生活中

我们的结果表明,水滴只能删除一个特定类的污染物从各种表面。此外,这些污染物不能过小液滴的大小相比,这是违反直觉的。

改进的应用程序范围的理解过程包括窗户玻璃制造和汽车表面不需要我们注意清洁,在生物传感器的设计陷阱大分子之间准确地放置功能化纳米粒子。自清洁表面通常有防冰属性。

而新理论合理解释了实验和模拟的结果,它不是没有假设。我们只有验证场景水滴的理论试图从各种表面去除污染物。水是我们日常生活中最常用的液体以及在某些行业。然而,自洁特性的液体可能感兴趣的其他地方。

更多的实验需要一个完整的理论

的假设推导方程的自清洗过程必须调查进一步开发更多的一般理论。此外,一些预测由当前的理论只能通过执行实验验证在毫米尺度,这是无法进入分子模拟。

参考:Perumanath年代,皮拉伊R, Borg可。污染物去除来自大自然的自清洁表面。纳米列托人。2023;23 (10):4234 - 4241。doi:10.1021 / acs.nanolett.3c00257