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美国布鲁克海文国家实验室与法国多机构合作,发现一种憎水纳米织构具有优异的防雾性能

2017-03-06 148浏览 标签:

2017年3月2日,美国布鲁克海文国家实验室宣布同法国的巴黎高等物理化工学院(ESPCI Paris Tech)、巴黎综合理工大学(École Polytechnique)以及泰雷兹集团(Thales Group)合作,进一步证明了一种优化过的纳米织构(nanotextures)具有优异的防雾能力。该项研究由David Quéré领导,其成果有望用于蒸汽涡轮发电机的冷凝盘管,汽车和飞机的挡风玻璃以及其它易于起雾的材料的新设计中。

布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心主任Charles Black说:“许多织构材料对水有排斥,能让毫米大小的水滴从它们的表面弹开,但是当这些表面暴露于有雾或者潮湿的条件下时,它们中很多都会失效。”

为了模拟有雾的情况,研究人员将水加热,并测量温暖水滴接触到纳米织构表面而被冷却时的粘附力。测量结果显示,纳米织构表面的类型强烈影响液滴的粘附,温暖的液滴强烈粘附于大的织构但是几乎不会在最小的织构表面上产生粘附。

Black说:“具有最小特征尺寸和适当形状的织构-在本研究中,就是圆锥形-能够抵抗雾气,这是因为冷凝水滴太大,无法渗透到织构中。液滴保持在织构顶部,基本上是漂浮在织构中存贮的空气形成的‘垫’上。”

科学家们接下来使用连接了高分辨率摄像机的光学显微镜以观察当大气中的水分冷凝比蒸发更快时,在露水形成期间不同织构上的液滴冷凝过程。虽然所有织构一开始都被大量微液滴覆盖,但是随着时间的推移,具有圆柱形形状的织构被覆盖在水中,而具有圆锥形状的纹构自发地实现了自身干燥。圆锥形织构能够防止露水形成是因为水滴只是轻微的粘附在表面上,当两滴结合在一起时,它们就能获得足够的能量自发从纳米织构表面弹开,类似于在蝉翼上观察到的机理。

        该项研究受美国能源部科学办公室,法国国防部采购局(the French Ministry of Defense procurement agency)以及泰雷兹集团支持。

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