宾夕法尼亚州立大学 关于昆虫纳米结构的新发现，如蚊子的眼睛，可能有助于设计出更强的防水涂层
荣誉:凌王，宾夕法尼亚州立大学 通过对昆虫表面的研究，宾夕法尼亚州立大学的研究人员详细描述了一种以前未发现的纳米结构，这种结构可以用来制造更坚固、更有弹性的防水涂层
这项研究的结果发表在今天(7月17日)《科学进展》杂志上
这种设计具有更强的排斥飞沫的能力，可以应用于个人防护装备，以更好地抵抗病毒携带的颗粒，如新冠肺炎，以及其他应用
“在过去的几十年里，传统设计的防水表面通常以植物为基础，比如荷叶，”宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系博士生、该论文的主要作者王麟说
经典的工程理论使用这种方法来创造超疏水或防水的表面
传统上，它们是用低固体含量的纹理制造的，这种纹理在低密度的微观毛发状纳米结构上保持了极薄的空气层，研究人员将其比作空气曲棍球桌
沃姆利早期职业工程学教授、机械与生物医学工程副教授、王的顾问王德成说:“其原理是，如果水滴或物体漂浮在空气上方，它就不会粘在表面上。”
因为它有效地工作，人造涂层倾向于模仿这些纳米结构的低密度
然而，本文详细介绍了一种完全不同的方法
当在高分辨率电子显微镜下观察蚊子的眼睛、跳虫的身体或蝉的翅膀等表面时，王发现这些表面上的纳米级毛发更密集，在工程学上被称为高固体分数纹理
经过进一步的探索，这种与植物结构的显著不同可能会带来额外的防水效果
“想象一下，如果你在一个表面上有高密度的纳米结构，”王说
“在较高的冲击力下保持空气层的稳定性是可能的
" 这也可能意味着更密集的结构可能能够排斥液体以更高的速度移动，如雨滴
虽然这种设计概念对人类来说是新的，但研究人员认为这种纳米结构增强了昆虫在自然环境中的弹性
“对于这些昆虫表面来说，排斥水滴是生死攸关的事情
雨滴的冲击力足以将它们带到地面并杀死它们，”王说
“所以，让它们保持干燥真的很重要，我们想出了办法
" 利用从自然中收集到的知识，研究人员希望将这一设计原则应用到下一代涂料中
通过开发能够承受更快移动和更高冲击液滴的防水表面，应用非常广泛
从小型飞行机器人车辆，如亚马逊希望用来运送包裹的无人机，到商业客机，可以模仿这些昆虫表面的涂层可以提高效率和安全性
然而，鉴于新冠肺炎大流行，研究人员已经意识到这一知识可能对人类健康产生额外的影响
“我们希望，这种涂料开发出来后，可以用于个人防护装备
例如，如果有人在面罩周围打喷嚏，那是高速飞沫
用传统的涂料，这些颗粒会粘在个人防护装备的表面，”黄说
“然而，如果成功采用本文中详细介绍的设计原则，它将有能力更好地排斥这些液滴，并有可能保持表面无菌
" 正如在这项工作中所看到的，自然启发工程的王实验室从生物现象中汲取见解，使人类的创新更好、更有效
“虽然我们在项目开始时没有想到这种应用，但新冠肺炎让我们思考如何利用这种设计原则让更多的人受益，”王说
“作为工程师，我们有责任利用这些发现，并以有意义的方式应用它们
" 这项工作的下一步将是开发一种大规模、低成本的方法，可以制造一种涂层来模仿这些特性
“在过去，我们没有一个有效的表面可以排斥高速水滴，”黄说
“但是昆虫告诉我们如何
自然界有这么多这样的例子；我们只需要向他们学习
"
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