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荷葉超疏水結(jié)構(gòu) 為儀器披上防污外衣
2020年06月04日 08:38:34
來源：儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：3969
隨著掃描電子顯微技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)荷葉一塵不染的原因是其表面具有微米級(jí)的蠟狀復(fù)合乳突結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)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(dòng)，帶走表面的灰塵。擁有這種表面結(jié)構(gòu)的材料被稱為超疏水材料。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】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(yīng)”這種自清潔現(xiàn)象的命名由來。
隨著掃描電子顯微技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)荷葉一塵不染的原因是其表面具有微米級(jí)的蠟狀復(fù)合乳突結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)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(dòng)，帶走表面的灰塵。擁有這種表面結(jié)構(gòu)的材料被稱為超疏水材料。
超疏水材料具有廣闊的應(yīng)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(shù)重新編織棉纖維形成的超疏水纖維織物已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。雖然還沒有大規(guī)模應(yīng)用，但仿荷葉的衣服已經(jīng)不再是幻想。此外，三星還開發(fā)出超疏水透明薄膜技術(shù)，已經(jīng)被用于智能手機(jī)等電子產(chǎn)品的顯示屏上。
儀器行業(yè)對(duì)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(huì)影響儀器的性能，還可能引起儀器故障。特別是醫(yī)療器械和海洋儀器。很多醫(yī)療器械需要與人體密切接觸甚至進(jìn)入人體內(nèi)部，上面附著的細(xì)菌等微生物可能會(huì)引起感染，影響人體健康。而海洋儀器長(zhǎng)時(shí)間位于水下，很容易聚集海洋微生物，導(dǎo)致儀器污損，造成經(jīng)濟(jì)損失，影響海洋工業(yè)發(fā)展。
在海洋工業(yè)中，抗生物粘附的材料主要有兩種：可以釋放重金屬離子進(jìn)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(tài)環(huán)境，聚合物抗粘附材料化學(xué)穩(wěn)定性低且機(jī)械性能差等。而且傳統(tǒng)涂料無法對(duì)一些精密儀器進(jìn)行有效防護(hù)。研發(fā)新的抗粘附材料已經(jīng)成為海洋工業(yè)以及海洋研究發(fā)展的必然要求。
中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊(duì)從荷葉的超疏水結(jié)構(gòu)出發(fā)，成功研發(fā)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(tuán)隊(duì)專門研發(fā)出了一種“分步植晶氣相沉積法”，解決了傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)疏密均勻、性能可控，并且具有植物葉片仿生結(jié)構(gòu)。
在功能測(cè)試試驗(yàn)中，仿生金剛石功能膜可以在腐蝕性液體中保持一個(gè)月物理化學(xué)性質(zhì)不變，即使在藻類爆發(fā)的環(huán)境中對(duì)綠藻的粘附也有很強(qiáng)的抵抗性。而且對(duì)于大腸桿菌的吸附也有很強(qiáng)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(yī)療器械。
雖然理論研究的進(jìn)展是促進(jìn)儀器技術(shù)水平提高重要的因素，但是材料學(xué)的發(fā)展也是不可忽視的因素。儀器是有各種材料制作而成，關(guān)鍵材料的突破甚至可以讓儀器性能再上一個(gè)臺(tái)階。抗粘附金剛石功能膜在海洋精密儀器中的應(yīng)用將為海洋儀器帶來巨大的改變，不僅可以延長(zhǎng)儀器的使用壽命，還可以減少生物吸附對(duì)儀器性能的影響。超疏水材料在儀器中的應(yīng)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(fā)掘。
資料來源：今日科學(xué)
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