一滴水落到莲花叶上后会发生什么?水珠落下,弹开,然后不留痕迹地滚走 — 而叶子干干净净,一点水都没有留下。
这不是一个哲学问题,而是几百年来科学家研究并且希望理解的自然现象。位于剑桥的诺基亚研究中心的科学家相信他们能在你的手机上实现同样的效果,而秘诀就是纳米技术。
我们在诺基亚研究中心的团队正在设计一种超疏水涂层,能应用到手机外壳上,实现荷叶般防水、防污的品质。如果你曾经用过特氟龙不粘锅,那么你肯定已经接触过普通的疏水涂层。但是超疏水涂层能在物体表面添加一层纳米结构,锁住一层空气,确保水珠无法接触到物体表面。
剑桥诺基亚研究中心的首席科学家 Chris Bower 总结说:“和很多科学家一样,我们也在试图复制自然界成千上万年来做得完美无缺的事情。”
Chris Bower 制作出了两块诺基亚瓷砖,以演示两种技术之间的差别。他首先向没有任何涂层的表面滴了一滴水:他说:“水漫延开了,像这样,表面上到处都是。”然后,Bower 又向普通疏水涂层的表面滴了一滴水。和预料的一样,水珠保持形状,你可以拨动这个水珠,有点不稳定,可以在表面上滚动。而超疏水涂层的效果则有很大不同:水珠落下之后立刻弹了起来,然后水花就紧密地聚在一起,然后几乎是滑出了表面。
Bower 解释说:“像特氟龙一样的疏水涂层表面能量低,接触角大,能达到 120 度,这种特性能让水在表面上形成离散的小滴。纳米结构涂层的不同之处是在表面上锁住空气,确保液体不会接触到表面。”
纳米涂层可通过多种方式实现:“有非常薄的纳米涂层,这种涂层只是一层大分子,也有更传统的含氟聚合物或硅树脂涂层,此类涂层可能有几个分子的厚度。涂层可以通过溶液、喷洒或蘸的方式涂抹。”
剑桥诺基亚研究中心的团队拿一部诺基亚 Lumia 710 做演示,他们在自己的实验室中向一部 Lumia 710 涂了一层超疏水涂层。
水落到了拥有超疏水涂层的 Lumia 710 上,然后弹起来,滑落到了下方同样涂有超疏水涂层的石墨烯上。
在实验中,石墨烯层的作用就像是一个传感器,能检测到水的落下,触发高速摄像机拍摄水落的慢动作,通过录像实验人员可以看到水滴在超疏水涂层上弹开的情景。
超疏水涂层能让你的手机拥有什么功能?Bower 不能保证你可以带着手机去深海潜水,然后手机还能完好无损,因为手机上的孔和边缘不能实现完全防水。但是,超疏水涂层却能够让你的手机在掉到一碗水或一杯咖啡中后再捞上来的时候完好无损。
“这种涂层能改善设备的防水、抗指纹和抗反射特性。”
虽然在技术上已经可以对手机内部涂上涂层,但是 Bower 说在手机外部加上一层非常耐用的涂层更加困难:
“我们面临的最大挑战是让纳米结构足够结实,能承受每天的摩擦。现在可以在设备内部涂上一层超疏水涂层,因为用户无法损坏到这个涂层,设备内部不会受到口袋的摩擦。而在外部加上涂层非常困难。但是,我们想要的是外部涂层,因为只有这样才能看到效果,让手机保持干净”
剑桥诺基亚研究中心的团队已经“非常接近成功”,他表示他们正在完善一种坚固的外部超疏水涂层。
超疏水只是制造一部新外形手机所需的一部分工作。在剑桥诺基亚研究中心,研究团队正在研究使用纳米技术让手机不仅能不怕水,而且还能防刮擦、折弯和挤压:
Bower 说:“我们正在创造一种新的互动表面,一种全新的触觉语言,帮助人们以全新的方式使用手机。”
不过,Bower 补充说,即使如此,大自然依然更胜一筹。没有人能发明一种可以自我修复的超疏水涂层,而荷叶却能做到。这是另外一个摆在我们面前的挑战。
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KDS ID:李可人
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