静电植绒

高压静电植绒的新型应用领域——航运中的流体动力阻力降低

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2018年,郑等人首次利用静电植绒技术制备了Salvinia结构,[95]成功模拟了多毛且富有弹性的表面。

Salvinia结构是一种超疏水结构,其灵感来源于槐叶苹叶片的表面。槐叶苹叶片的上表面该结构表面布满复杂的多细胞状毛发,四根毛发聚集成簇并在尖端相连,形成类似胡须的立体结构(图a)。 [95] 这种结构展现出卓越的超疏水性和优异的保气性能, [96,97] 在油水分离、 [98] 减阻降噪、[99,100] 隔热保温、 [101] 防水防污等领域具有广阔应用前景。

 [102] 虽然静电植绒工艺制备的结构未能完全复现胡须状尖端结构和亲水斑块特征,但仍实现了530 -610小时的最长保气时间。 [95] 静电植绒增强形成的疏水表面,在与水接触的界面间形成了稳定的空气层,从而产生银镜效应(图b)。Salvinia结构创造的空气层显著降低了材料与液体间的摩擦阻力,有效实现减阻降噪。在张等人开展的实验中,最大实现的减阻效率为28%(图c,d). [58] 这一发现突出了Salvinia结构在静电流体动力学中降低阻力应用的潜力,为进一步研究和优化提供了有希望的途径。

a)   槐叶苹(Salvinia molesta);经授权转载。 [95] 版权所有©2018英国皇家化学学会。

b)   水下呈现银色光泽的现象, 因气层保留在其表面,以及横截面的扫描电镜图像;经授权转载。 [95] 版权所有©2018英国皇家化学学会。

c)   样品减阻性能测试扭矩;经授权转载。 [ 58] 版权所有2022,由爱思唯尔出版公司发行。

d)   样品减阻性能的减阻等级;经授权转载。 [58] 版权所有2022,由爱思唯尔出版公司发行。

参考文献

[58] 张立,黄志,蔡伟,薛翔,闵翔,张浩,张哲,《有机涂层进 展》2023年第174卷

[95] 郑宇,周翔,邢志,涂涛,《RSC进展》2018年第8卷

[96] [ M. Moosmann,T. Schimmel,W. Barthlott,M. Mail, Beilstein J.纳米技术2017.

[97]  W.巴特洛特、T.舒梅尔、S.维尔斯、K.科赫、M.布雷德、M.巴 尔切夫斯基、S.瓦尔海姆、A.魏斯、A.卡尔滕迈尔、A.莱德 尔、H. F.波恩,《先进材料》2010年第22卷。

[98]  杨勇、李翔、郑旭、陈哲、周琦、陈勇,《先进材料》2018年 第30卷。

[99] J.布施、W.巴特洛特、M.布雷德、W.特劳、M.梅尔,《哲学 学报A辑》2019年第377卷。

 [100] M. J. Mayser,H. F. Bohn,M. Reker,W. Barthlott, Beilstein J.纳米技术2014,5.

 [101]郑宇,周翔,邢志,涂涛,《文本研究期刊》2019年第89卷。

[102]Xiang Y.、Huang S.、Huang T.、Dong A.、Cao D.、Li H.、 Xue Y.、Lv P.、Duan H.,《美国国家科学院院刊》2020年第 117卷