@ 2015.01.25 , 08:55

实验室里制造出超疏水金属

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水是我们的生命之源,但有时候又是让人讨厌的东西,尤其是当它与金属相互作用时。潮湿的空气会使得金属表面产生锈蚀,而冷冻的水又会使金属失去它的价值。

正因为如此,许多人都在寻找使金属疏水或防水的方法,人们通常会在金属表面涂上一层化学物质。纽约罗切斯特大学的研究人员他们发现了一个使金属不接触水的方法:用激光照射它们。

罗切斯特大学光学和物理学教授Chunlei Guo博士,几年来一直研究激光对金属材料的影响,一旦用激光将金属变成亲水的,他们就会吸引水,现在Guo和他的同事Anatoliy Voroyev朝相反方向前进,找出了一种利用短脉冲高强度激光来改变金属表面结构的方法。结果制造出了高度防水的金属材料。

Guo解释到:“用短脉冲高强度激光照射金属表面后,金属的表面会高度结构化,覆盖着一些列微小的纳米尺度的结构。这些结构拥有不同的防水性能。”

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这种转变依赖于激光的能量。Guo和Voroyev用激光照射金属表面的时间只有1飞秒。但高强度的激光的能量是如此强大,在如此短的时间内,它能产生于整个北美电网相当的能量。强大的能量和热量能够改变金属表面微小的结构。

Guo说:“如果你将新的金属放在显微镜下,你会看到它们的分层机构。这些都是微米尺度的结构,在这些微米结构上还有纳米尺度的结构。”

Guo说,利用这种方法改造的金属的疏水性强于化学涂料,如聚四氟乙烯。首先,这些金属防水的方式优于化学涂料。表面涂上聚四氟乙烯的金属,例如你的不粘锅,需要70度的倾斜才能摆脱表面的水分子,而这些激光金属只需要倾斜5度就能使水珠从表面滑落。

此外,激光技术不需要任何额外的成分。当对聚四氟乙烯进行加热时,它会开始分解并且从金属表面分离。一些研究表明,这会损害人类和鸟类的健康,但Guo的激光金属从本质上改变了金属的结构。Guo说:“这种疏水性能牢牢的存在于金属的结构内,并不是一个涂层,所以我们不必担心。”

研究团队对这种材料做了很多设想,除了它能使炒蛋变得更加容易。这种金属材料无腐蚀性,保持坚固的时间更长,在交通工具上使用有许多优点,例如能够保证汽车或机翼上不会结冰。甚至使用这种材料造船,船的速度也会变快,因为船体的疏水性可以减少在海水中的摩擦和阻力。

但更重要的是,Guo对于这种材料在发展中国家的应用感到很兴奋。疏水性金属可以长时间保持清洁,不需要大量水来清洁。研究人员将尘埃粒子扔到激光金属的表面,只需要几十个水滴就能清除所有污垢。这种自清洁的性能对保持发展中国家特别是缺少清洁水源的国家的厕所干净十分有帮助。

Guo说:“我们很高兴这种疏水表面特性能够保持物体的清洁。如果你不让表面沾上水珠,那些含有微生物及其他生物的水就无法在上面繁殖,能够保持清洁。”

然而对于这种材料的批量生产Guo还有很长的路要走。制作一英尺的疏水材料需要一个小时的激光照射。所以还需要一段时间我们才会拥有防水汽车和金属厕所。

本文译自 Popular Science,由译者 island 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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