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超级防水处理

超级防水处理

工程师们利用蜘蛛腿上的汗毛开发出了终极防水表面。


成绩单

一种近乎完美的拒水剂。我是鲍勃·赫森,这里是《科学更新》。

大学佛罗里达工程师们已经开发出一种非常防水的表面,水滴就像滚珠轴承一样从上面滚下来。他们以蜘蛛腿为模型,蜘蛛腿上覆盖着细小的防水毛发。材料科学家沃尔夫冈·西格蒙德说,他们试图改善头发的自然卷曲和不规则模式,但结果是自然知道的最好。

Sigmund:
完美的结构当然能起作用,但它们的作用不如看起来更破损的结构好。

西格蒙德说,这种材料与水的几乎无摩擦的相互作用可能有各种各样的应用。例如,它可以减少通过管道抽水所需的能源。它也可以用于易清洁的涂料,因为水从表面滚落时能带走污垢和碎片。我是美国科学促进会的鲍勃·赫森。manbetx注册与登录


研究的意义

当工程师们想要制造一种有用的材料时,他们常常求助于大自然作为模型。毕竟,数百万年的自然选择产生了一些具有非凡特性的生物材料。例如,蜘蛛丝的抗拉强度大于高档钢;牙釉质比许多矿物和人造材料更硬;壁虎的脚可以牢固地粘在表面上,但也很容易飞起来,这使得壁虎能够爬上墙壁和天花板。

在这种情况下,研究人员观察了蜘蛛腿上的细小毛发,这些毛发可以产生极其疏水性,或防水的表面。防水腿有助于防止蜘蛛溺水,水蜘蛛甚至用它们的腿在水下携带气泡,这样它们就可以在捕食时呼吸。西格蒙德的团队在显微镜下发现,蜘蛛的腿毛往往是弯曲的和不规则的。他的团队假设这只是磨损的迹象,试图通过制造长度和形状一致的微型塑料、头发状结构来更好地研究自然。

结果证明,蜘蛛腿上不完美的毛发效果更好。目前还不清楚原因,但不知何故,表面的随机、混乱的本质似乎阻止了水泡附着在上面。高速摄影显示,一定尺寸以下的水滴从表面滚落成完美的球体。在其他拒水表面,由于水和材料之间的残余摩擦,液滴仍然变平并略有扭曲。

Sigmund的团队称,材料比任何其他人造材料更接近摩擦。与其他防水材料不同,它也是通过操纵材料本身的物理结构来创造的,而不仅仅是通过混合化学品。在您听到的情况下,一个可能的申请处于节能:如果水管可以用这种材料涂覆,可以降低通过它们泵送水所需的能量。考虑到世界的管道系统有多广泛,甚至效率的少量提高可能意味着大量节省。

现在试着回答以下问题:

  1. 蜘蛛如何受益于防水腿?
  2. 研究人员如何试图改善自然?他们学到了什么?
  3. 表面是用物理而不是化学创造出来的,这意味着什么?
  4. 一个高度拒水的表面有哪些优点?你能想到这篇文章中没有提到的其他内容吗?

要进一步


为教师

项目湿润由爱荷华州科学院,是一个跨学科水教育计划,旨在补充学校现有的课程。该站点包含页面的链接,以解释水的基本化学性质。


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