自洁玻璃在水下保持一尘不染

表面的微型薄烤饼可以防止灰尘粘在上面。
2月11日,美国东部时间2019-6:45
一张进入水下栖息地的舷窗照片,鱼正游过圆窗。

一种新型的玻璃能保持水下的清洁。关键是微观的薄饼状结构,让液体在它们之间流动。

ES3N/IStockphoto公司

这个在里面系列呈现新闻技术创新,使成为可能慷慨地支持这个莱梅尔森基金会。

想象一下一个你不需要清洁的表面——因为它永远不会变脏。它保持一尘不染,耐污耐油。新的研究发现,秘密如此持久,无磨砂光泽可能是微观薄烤饼。

一些自清洁表面已经存在。商店还没有出售这些自洁衣物,厨房用具和窗户,举几个例子。但是科学家们正在研究它们。靠近,你会看到许多微小的柱子或柱子覆盖着它们的表面。覆盖在这些微小结构上的一种材料可以抵抗油污。狭窄的柱顶也使污垢较少。这有助于冈克滑下。

但是,微型支柱还远远不够理想。高个子,细柱容易弯曲,扣住并翻倒。随着时间的推移,损坏的支柱周围可能会聚集灰尘和机油。如果不进行某种形式的清洁,很难清除堆积物。如果表面是玻璃,那些被打碎的柱子会引起更多的麻烦。弯曲和破碎的碎片——以及粘在一起的粘糊糊——会干扰穿过玻璃的光线。可以模糊或扭曲通过它们查看的图像。

为了解决这些问题,挪威的科学家采取了一种新的方法。不是柱子,他们用的比较短,蹲式煎饼形状。到目前为止,那些薄煎饼似乎起了作用。一扇在海洋中测试过的窗户已经保持了一年多的清洁。

显微图像显示vwin手机
扫描电镜图像显示了自清洁玻璃表面的微观“薄烤饼”。vwin手机每个煎饼大约有5微米宽。大约有一个红细胞那么大,或者是头发宽度的二十分之一。
阿克塔尔 /美国化学学会

“不像柱子,水在我们的薄饼微观结构之间自由流动,”博迪尔·霍尔斯特说。她是挪威卑尔根大学的物理学家。柱子越高,更多的水分子在试图通过这些结构时会减慢速度。水更容易在较短的建筑物周围流动。水下这种液体流动可以防止污垢粘附。事实上,提供自我清洁,这意味着表面不需要一个防污涂层。

它们结实的形状也使薄煎饼更耐用。想象两支粉笔:一支又长又细,另一个又矮又平,霍尔斯特说。她指出:“要弄断一小段粉笔需要更多的努力。”“以同样的方式,与柱子相比,打碎微型薄烤饼需要更多的努力。”

在她的团队的测试中,这些薄煎饼一直保持着稳固的位置和形状。霍尔斯特的研究小组在12月12日描述了他们的发现,2018,在里面纳米字母.

明确的问题

这个煎饼项目是由一个现实世界的问题引起的。“我们与之合作的公司使用光探测传感器来测试水质,”NaureenAkhtar解释说。她是一位物理学家,在卑尔根大学与霍尔斯特合作。“问题是,传感器安装在窗户后面,太快弄脏了。有时一周后就弄脏了。”

经常擦窗户需要花费大量的时间和精力。所以公司想要一个长久的,自动清洁窗口。就在那时,阿赫塔尔和霍尔斯特的团队想出了他们的创新:把表面烤焦。

一旦他们创造出新的玻璃,他们准备在海里进行试验。要做到这一点,他们取代了旧的,传感器前面的玻璃很容易被薄烤饼镶嵌玻璃弄脏。

研究人员和公司都对结果感到满意。在某些情况下,他们将窗户清洁时间从每周延长到每年,Akhtar说。

他们的玻璃在实验室也表现良好。在一次测试中,将干净的玻璃窗浸入油性混合物中46小时。最后它完全被炮火覆盖了。研究人员在一个表面涂有微锚的玻璃窗上重复了测试。那一个保持干净。

普通玻璃与自洁玻璃上油性混合物的并列比较
坐在一种油性的混合物里,左边的玻璃杯变得粘糊糊的,模糊不清。但右边的自洁窗却保持了完全的清洁,即使在46小时后。
阿克塔尔 /美国化学学会

剑桥麻省理工学院(MassachusettsInstituteofTechnology)的加雷思•麦金利(GarethMcKinley)说:“在那些偏远或难以进入的地区,这样的方法非常有用。”他是一个机械工程师,没有在新玻璃上工作。“这太难了,”他说,“把窗户清洁器送到地下或水下的某些地方——人或机器人。”

阿克塔认为,这项新技术可以用于船舶和海洋勘探船的自清洁窗户。它甚至可能阻止藻类或细菌在水下照相机和传感器的玻璃镜片上生长。这种堆积,打电话生物污损,会干扰镜片的工作方式。

微锚还有改进的空间,不过。麦金利指出,新的表面减缓了玻璃的污染,但并没有完全阻止。霍尔斯特的团队希望他们的产品的未来版本能工作得更好。

权力话语

关于强词的更多信息

藻类单细胞生物,曾经被认为是植物(它们不是)。作为水生生物,它们在水中生长。像绿色植物一样,他们靠阳光来做食物。

细菌(单数:细菌)单细胞生物。它们几乎生活在地球上的任何地方,从海底到其他生物(如动植物)的内部。

生物污损生物的附着,如藻类,藤壶和细菌黏液到管道,船体,浮标和其他与水接触的材料。

扭曲(n)变形)以一种难以识别的方式改变某事物的形状或图像,或改变对某物的感知或描述(如误导)。

工程师利用科学解决问题的人。作为动词,对工程师来说,就是设计一个装置,解决某些问题或未满足需求的材料或工艺。

创新(v.)创新;形容词。创新)对现有想法的适应或改进,新工艺或新产品,聪明的,更有效或更实用。

机械工程师有人在一个研究领域受过训练,利用物理学来研究运动和材料的特性来设计,构建和/或测试设备。

微型的分数测量单位的前缀,通常指国际公制中的百万分之一。

微观的形容词对肉眼看不见的事物的形容词。用显微镜观察这么小的物体,如细菌或其他单细胞生物。

分子一种电中性原子团,代表尽可能少的化学化合物。分子可以由单一类型的原子或不同类型的原子组成。例如,空气中的氧由两个氧原子组成(O)但是水是由两个氢原子和一个氧原子组成的(Ho)。

纳米技术表示第十亿位的前缀。在公制计量系统中,它经常被用作缩写,指的是物体的十亿分之一米长或直径。

物理学家研究物质和能量的性质和性质的科学家。

机器人能够感知环境的机器,处理信息并采取具体行动作出响应。一些机器人可以在没有任何人类输入的情况下行动,而其他人则是由人类引导的。

传感器一种收集物理或化学条件信息的装置,如温度,大气压,盐度,湿度,酸碱度,光强度或辐射-存储或广播这些信息。科学家和工程师通常依靠传感器来告知他们可能随时间变化的情况,或者存在于远离研究人员可以直接测量的地方。

技术将科学知识用于实际目的,尤其是在工业或设备领域,从这些努力中产生的过程和系统。

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六点五

引用

期刊:n.名词阿克塔尔等。柱子还是煎饼?无涂层自清洁表面.纳米字母。卷。18,12月12日,2018,P.7509。doi:10.1021/acs.nanolett.8b02982。