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一盆水潑向一塊金屬板,水珠像鋼珠一樣滾落,金屬板仍然干爽;一只船槳浸入水中,拿出來(lái)時(shí)竟然未帶起一滴水珠;一杯水倒在一塊玻璃板上,水滴緊緊靠在中央“抱成一團(tuán)”,即使用手?jǐn)嚦鰜?lái)一兩滴,它們也立即“跑”回去……
超疏水材料
這些現(xiàn)象肉眼看上去違背我們的“常識(shí)”,背后其實(shí)是超疏水材料在“作怪”。這種通過(guò)改變材料的表面自由能和表面粗糙度獲得的新型技術(shù),作為涉及生物、物理、化學(xué)以及材料等多學(xué)科交叉的科技前沿,目前在科學(xué)研究、軍事應(yīng)用和民用生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域都擁有極為廣泛的發(fā)展前景。
2017年5月,德國(guó)弗萊堡大學(xué)開發(fā)出一種具有多層結(jié)構(gòu)的自愈型超疏水涂層。這種超疏水材料通過(guò)模仿鯊魚皮結(jié)構(gòu)以獲得良好的水下減阻性能,其表面具有類似蛇褪去外皮的特性,可實(shí)現(xiàn)表面受損后超疏水性的快速自愈,從而為艦船、飛機(jī)和戰(zhàn)車提供兼具耐久性的防水、防結(jié)冰、自清潔能力。此外,隨著增材制造、材料計(jì)算與模擬仿真等技術(shù)的深度融合,大大簡(jiǎn)化了超疏水材料表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、構(gòu)造與控制難度,使得超疏水材料的制備快速精準(zhǔn),結(jié)構(gòu)和性能科學(xué)可控,大幅縮短了材料研制周期,降低了研發(fā)成本。
目前,在科技的“催化”下,超疏水材料將日趨契合未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的進(jìn)化需求,不再作為一種單一的特殊材料,而將被賦予越來(lái)越多的戰(zhàn)場(chǎng)職責(zé)。
艦體防腐蝕、
防冰封、自清潔
超疏水涂層可以阻斷水分與金屬材質(zhì)的接觸以及防止海洋生物在艦船表面的附著,從而緩解艦艇水線以上部分的氧化腐蝕,并能夠使表面的水滴在滾落時(shí)清潔臟污,保持材料表面干凈。此外,超疏水材料特殊的粗糙結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成,使得其表面表現(xiàn)出良好的防覆冰和防黏附行為。且由于其兼具能耗低、適用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),其在航空、艦船、電力、通信、能源等領(lǐng)域的防結(jié)/覆冰雪方面同樣顯示出潛在的應(yīng)用前景。
超疏水材料制作的電路板
應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)環(huán)境,
遂行多樣任務(wù)
超疏水(超疏油)布料可以在溫度為零下20攝氏度的冷水中,為士兵提供長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的保護(hù),極大避免了空降兵、特種兵等作戰(zhàn)力量被突然投放在低溫水域中導(dǎo)致體溫下降,引發(fā)不必要的戰(zhàn)場(chǎng)傷亡。同時(shí),合理利用材料的超疏水性以及超親水性,可以用于解決在惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的水源收集等危及人員生存的緊要問(wèn)題。據(jù)悉,這種材料可以在高溫、低濕的沙漠環(huán)境中,將水蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)水并吸附于表面,從而達(dá)到既可收集和儲(chǔ)存飲用水源,又可散去體表熱量的目的;在高濕度空氣環(huán)境中,材料本身具有的良好疏水性,可以確保人員能在熱帶雨林等降雨量、蒸發(fā)量較大的炎熱潮濕環(huán)境中安全遂行任務(wù)。此外,基于超雙疏(超疏水和超疏油)布料研制而成的生化防護(hù)服,能夠有效避免生化沾染滲入,保護(hù)士兵不受生命威脅。
研制新型水上機(jī)器人
現(xiàn)今,依托超疏水技術(shù)研制出的新型水上機(jī)器人,因具有獨(dú)特的漂浮機(jī)制和高效的劃水方式,而能在水面環(huán)境中能夠低耗、低噪、高效、靈活地漂浮、劃行和跳躍。在并不遙遠(yuǎn)的未來(lái),與之類似的超疏水微型偵察機(jī)器人,或?qū)⒈粦?yīng)用于科研勘探、安防巡邏、情報(bào)偵察等各類領(lǐng)域,成為海上不可或缺的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。
目前,隨著超疏水材料技術(shù)在武器裝備防護(hù)、能源及其他創(chuàng)新領(lǐng)域展現(xiàn)出日益廣闊的應(yīng)用前景,未來(lái)的超疏水材料技術(shù)將有可能與仿生技術(shù)、納米技術(shù)等高新技術(shù)深度融合,逐步突破其機(jī)械性能與耐用性能的關(guān)鍵瓶頸,在軍事領(lǐng)域發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值。(中國(guó)軍網(wǎng))
超疏水材料制成的衣物
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