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目前在联邦德国正在进行的重大荷叶仿生研究
 
更新日期:2019-06-28   来源:科学   浏览次数:81   在线投稿
 
 

核心提示:近年来,国内外,尤其是国外出现了一个新兴领域和研究热点,那就是在具有高表面能的金属或合金基体上构建疏水表面。根据2018年8月8日的德语网站上的报

 
近年来,国内外,尤其是国外出现了一个新兴领域和研究热点,那就是在具有高表面能的金属或合金基体上构建疏水表面。
根据2018年8月8日的德语网站上的报道,德国德累斯顿弗劳恩霍夫材料与喷净技术研究所(Fraunhofer IWS Dresden)的工程师们与德国德累斯顿工业大学以及欧洲空中客车公司的工程师们已经研发出了一种激光处理方法,也就是带有高通过能力的结构化了的表面可以使物体表面的污染变得难以实现。飞机表面的、借助金银细丝工艺产生的凹槽应该可以确保气流平滑流动,使得飞机的空气阻力维持在很小的程度。这个由德国德累斯顿弗劳恩霍夫材料与喷净技术研究所和空中客车公司一块合作的欧洲项目Laser4Fun(激光4娱乐)的目的在于,在飞机机翼上挑选的部位进行纳米结构处理,可以疏水、抗虫、抗污以及阻止一般的不希望出现的污染。
其具体的做法是,借助微观的和纳米结构来实现除脏。我们知道,一道光束在穿过一道双缝隙时会形成由浅色线和深色线组成的花纹样板,也就是所谓的“干涉条纹图”。激光干涉条纹图把柱子和沟刻入钛金属里。这种来自德累斯顿的直接激光干涉图案生成(DLIP-Optikmodule)模式,简单地说,特殊的光把一光束分成多个部分光束,这些部分光束稍后为了使之结构化又聚集在一材料表面,借助这种方法可以生产非常精确的并且也是可控的光纹板。假如这个干涉图案聚焦在一个钛金属板上, 那么, 这个高能激光将融化并且切除浅色领域里的材料, 而处于阴暗面的材料却不受影响。就这样,上述机构的科学家们在钛金属表面制造出非常微小的结构,它们仅在显微镜下可以观察得到。刻入的柱子的距离可以在150纳米(百万分之一毫米)和30微米(千分之一毫米)之间自由调节。这样水滴因为金属上的纳米与微观结构无法立足。这就是来自大自然的荷叶效应。
跟其他疏水方法相比,这种“直接激光干涉图案生成法”带来的优势就是疏水功能持久,且对环境无害。
虽然借助激光技术可以生产具有荷叶效应的纳米结构,但是,速度非常慢。激光束得像铅笔一样一个接一个在物体表面“画”每一个导槽和每一个柱子。对于一个大面积的机翼,这或许要花太多的时间。由于有了干涉技术工艺,来自德累斯弗劳恩霍夫研究所和德累斯顿大学的开发者们可以明显提高加工速度。看是否是钛金属,还是聚合物或者别的工业材料,“直接激光干涉图案生成法”加工大约一平方米的材料耗时一分钟。这是全球最快的速度。此外,直接激光干涉图案生成法所使用的激光头也可以集成到一般的商业用工业机器上去。中型企业也可以使用这种技术。现在,空中客车公司正在实践中测试这一德国成果,也就是在机翼的一钛金属处刻上了柱式结构。
这样,水滴和冰结晶体就不再能够停留在飞机的机翼和飞机的机身上。故也就可以省去令人心烦的冬季除冰的工作了。
最后,德累斯顿弗劳恩霍夫材料与喷净技术研究所与德累斯顿工业大学的同事们还打算把类似荷叶效应的纳米结构应用到防伪图章的制作中去,并且把和生物兼容性更好的牙齿植入所用的植入螺栓里去。
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