KAUST研究人员研发出可减少液体阻力的仿生材料
文章来源：未知 更新时间：2018-09-10 15:22:11
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现已研发出一种环保、无涂层的技术，该技术可使固体表面具有防水性。这对于通过管道输送大量液体来说是至关重要。来自KAUST海水淡化和再利用中心的研究人员设计了以自然为灵感的表面，该表面减少了液体和管道表面之间的界面摩擦阻力。
从原油和精炼石油运输到灌溉和海水淡化，管道网络在许多工业过程中无处不在。然而，液固界面间的摩擦阻力降低了管道的传输效率。
减少阻力的传统方法完全依赖于通常由全氟化合物组成的化学涂料。当化学涂料应用于粗糙表面时，这些涂层易在液-固界面处滞留空气，从而液固接触面积减小。因此，这增强了表面的疏水性，也就是说可以排斥水基和油基液体。
“但如果涂层被损坏了，那么解决起来就麻烦了，”团队负责人Himanshu Mishra说道。他表明涂层受磨料磨损时或在高温条件下均会发生不同程度的损坏。
因此，为解决这一问题，Mishra的团队开发出了一种具有显微纹理的表面。这种表面在浸入湿润的液体时，不需要涂层来捕捉空气。该方法是模仿在潮湿土壤中发现的类昆虫弹尾虫皮。研究人员在KAUST纳米制造核心实验室工作，在光滑的二氧化硅表面雕刻出蘑菇状边缘的微腔阵列，称为双凹(DRC)。
合著者Sankara Arunachalam说：“通过刚果民主共和国的建筑，我们可以在不使用涂料的情况下，在湿润液体下长时间捕获空气。”与简单的圆柱形空腔不同的是，在浸入十六烷溶剂后不到0.1秒就被填满了，仿生空腔保留了超过1000万秒的滞留空气。为了解更多关于空气长期滞留的信息，研究人员系统地比较了圆形、方形和六边形DRC的润湿行为。他们发现循环DRC在维持被困空气方面是最好的。
研究人员还发现，液体的蒸汽压会影响这种俘获。对于低蒸气压力的液体，如十六烷，所捕获的气体在几个月内是完整的。
对于蒸汽压较高的液体，如水，腔内毛细管冷凝破坏了长期滞留。
利用这些设计原则，Mishra的团队正在探索可扩展的方法来产生蘑菇状的腔体，并将其转化为廉价的材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，以减少摩擦阻力和淡化海水。“以这项工作为基础的研究和应用开辟了几个令人兴奋的途径!”Mishra总结道。 |
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