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美科学家从肉食植物猪笼草获得灵感

  北京时间9月23日消息,据英国《新科学家》杂志报道,美国科学家从一种肉食植物身上获取灵感,研发出一种新型超光滑材料。在这种材料上面,无论是水、油、血液还是昆虫都会快速滑落。在研发智能材料过程中,科学家有时需要从大自然身上吸取灵感。

  荷叶是著名的防水材料,这要归功于表面的特殊结构,即形成一个空气垫,让水滑落。从荷叶汲取灵感后,科学家研发了一系列所谓的“超疏水材料”。但这些材料的抗油以及更复杂液体的能力不强,它们的表面张力小于水,即使在很小的压力下也会渗入表面。哈佛大学的乔安娜-艾泽伯格表示:“所有人都在讨论荷叶。为了管理和控制与液体之间的相互作用,大自然采取了很多策略,荷叶的策略只是其中之一。”艾泽伯格的实验室设计和研发了一系列仿生材料,用于解决各种问题。

  现在,科学家又将目光聚焦植物世界的另一个成员——肉食植物猪笼草。这种植物以昆虫为食,昆虫的足部多油,通常可以飞檐走壁。但在猪笼草面前,昆虫只有束手就擒的份儿。这种植物的叶子呈管状,上面布满微小的突起,将一层薄薄的水固定在适当位置。水对油产生排斥,让倒霉的昆虫直接滑进猪笼草的“嘴”里,沦为盘中餐。艾泽伯格说:“哪怕站在边缘,它们也会立即滑进猪笼草的消化液。”

  艾泽伯格意识到,借助合适的润滑液体,猪笼草的策略可用于排斥几乎任何物质。研究人员从一个有纹理的基层开始,这个基层可以是纳米尺度下任何表面粗糙的材料。一种理想的选择就是特氟纶,这种纤维性材料具有极高的光滑性。在添加一层全氟化液体——3M公司生产的氟化液FC-70之后,特氟纶便拥有超级光滑性。这种液体渗入特氟纶的每一个毛孔,在顶部形成一层只有几纳米厚的液体。有趣的是,这种材料仍触感干燥,其他液体会在其表面打滑,就像汽车在潮湿的路面打滑一样。

  研究小组将这种材料称之为“注液光滑多孔表面”(SLIPS,slip在英文中意为滑落)。艾泽伯格说:“我们将其称之为‘SLIPS’,任何东西在它上面都会滑落。”这种超光滑材料可用于制造自洁净窗户、零摩擦油、输水管道、安全且高效的输血装置。

  与荷叶相比,SLIPS显然更胜一筹。它们更加光滑,倾斜角度只需达到2度,水、油和血液等液体便会从其表面滑落,相比之下,其他表面做到这一点的最小倾斜角度在5到30度之间。由于润滑液自然渗入任何毛孔,这种材料能够在受损后自我修复。凭借液体的抗压性,这种材料可承受相当于水下7000米的压力。威斯康辛大学密尔沃基分校的迈克尔-诺索诺维斯基说:“这是一种非常有趣的材料,集自润滑、自愈合和自洁净功能于一身,每个过程都不同,是一种全新的智能材料。”(秋凌)

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channelId 1 1 美科学家研发超光滑材料可自我愈合清洁(图) 1 据英国《新科学家》杂志报道,美国科学家从一种肉食植物身上获取灵感,研发出一种新型超光滑材料。在这种材料上面,无论是水、油、血液还是昆虫都会快速滑落