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深度解讀

新技術:飛秒激光可使金屬具備超疏水性能

來源:科技日報2015-01-22 我要評論(0 )   

無需化學塗層和其他工藝,僅(jin) 僅(jin) 借助激光器就能為(wei) 普通金屬增加防水、防鏽、防冰凍和自我清潔的特性,美國羅切斯特大學的科學家日前

 無需化學塗層和其他工藝,僅僅借助激光器就能為普通金屬增加防水、防鏽、防冰凍和自我清潔的特性,美國羅切斯特大學的科學家日前對外公布了這項新技術。相關論文發表在1月20日出版的《應用物理學》雜誌上。

  負責這項研究的該校光學教授郭春雷(音譯)表示,目前,絕大多數的疏水材料都依靠化工塗料來實現。而新技術則從(cong) 光學角度入手,通過激光在金屬表麵創建複雜的納米結構來達到這一目的。

  與(yu) 化學塗層相比,新技術所雕刻出的圖案會(hui) 成為(wei) 金屬材料的一部分。這意味著它們(men) 不會(hui) 被擦掉或輕易磨損。正是這些特殊的圖案讓材料具備斥水性能:當水滴滴到材料表麵後,隻會(hui) 被彈開,然後滾落,整個(ge) 過程隻需要不到一秒鍾的時間。與(yu) 化學塗層材料相比,其優(you) 勢還在於(yu) 疏水性能更加優(you) 秀。普通的疏水材料,如常用於(yu) 鍋底的特氟龍材料,需要將材料表麵傾(qing) 斜到至少70度,水才會(hui) 開始向下滑落。而經飛秒激光處理過的超疏水材料,不到5度就可以達到同樣效果。

  由於(yu) 水滴不但不會(hui) 粘在超疏水材料表麵,而且還會(hui) 彈起,在這個(ge) 過程中它們(men) 會(hui) 帶走灰塵顆粒,這就讓這些材料具備了一定的自動清潔能力。為(wei) 了進行測試,研究人員將吸塵器收集到的灰塵倒在材料表麵,結果發現,三滴水就能除去大約一半的塵埃顆粒。十幾滴水就能將材料表麵的灰塵全部除去。更妙的是,清洗完畢後,材料表麵依然幹燥如新。

  物理學家組織網1月21日(北京時間)報道稱,這種超疏水材料在發展中國家具有很多潛在的用途。這一點還引起了比爾及梅琳達·蓋茨基金會(hui) 的興(xing) 趣,並對該項目進行了資助。在一些地區,收集雨水是一件極其重要的事情,使用這種超疏水材料將能大幅提高效率。用其製成的雨水收集裝置,將不需要更多考慮漏鬥的尺寸以及傾(qing) 斜角度問題;第二個(ge) 領域是可用於(yu) 建造更加清潔、衛生的廁所。這種材料將能夠製造出無需衝(chong) 洗就能保持清潔的馬桶和衛生設施。

  但在將這一切變為(wei) 現實之前還有一些問題需要解決(jue) 。目前,研究人員所製造出來的樣品隻有1英寸×1英寸(1英寸=2.54厘米)。要獲得實用還必須找到擴大麵積增加產(chan) 量的方法。

  這種對金屬表麵進行雕刻的新技術使用了超大功率、超短波長的激光脈衝(chong) ,飛秒激光是人類目前在實驗室條件下所能獲得最短脈衝(chong) 的技術手段。除了讓材料表麵防水,該技術還有其他潛在的應用領域:如製造出一種不會(hui) 生鏽也不需要經常清洗的太陽能收集裝置,或具備一定光學性能的金屬等。

  郭春雷稱,他們(men) 還在考慮將這一技術用於(yu) 半導體(ti) 或絕緣材料上,開發出一款從(cong) 裏到外都能防水的電子設備。

  改變與(yu) 水的親(qin) 密關(guan) 係,讓金屬不在歲月的長河中失去光澤和老化,是人類幾千年一直追尋的目標,油漆、合金、納米塗層,我們(men) 一直在更新著自己的技術手段。現在,飛秒激光技術又以一種簡單、高效的顛覆式的形象出現,成為(wei) 一種可以在金屬、玻璃甚至塑料上廣泛使用的替代性生產(chan) 工藝,必將對資源利用和工業(ye) 發展產(chan) 生全麵影響。

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