2018-11-16 06:44:01
纳米纤维地毯可能会导致新的粘性或绝缘表面

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受到北极熊皮毛,荷叶和壁虎脚的非凡特征的启发,工程研究人员开发出一种新的方法来制造纳米纤维阵列,这些纳米纤维阵列可以为我们带来粘性,排斥性,绝缘性或发光性的涂层,以及其他可能性。

密歇根大学化学工程教授,“科学”杂志研究的高级作者约尔格·拉汉说:“这种情况已经从我见过的任何东西中删除了,我认为这是不可能的。”

U-M和威斯康星大学的研究人员进行了一些偶然的发现,揭示了一种新的强大的方法,用于制造比人类头发细数百倍的纤维阵列。

北极熊毛的结构允许光进入,同时防止热量逃逸。防水荷叶上涂有微观蜡状小管阵列。重力反射壁虎脚底部的纳米级毛发与其他表面非常接近,原子力吸引力发挥作用。希望模仿这些超级大国的研究人员需要一种方法来创建完成这项工作的微小阵列。

“从根本上说,这是制造纳米纤维阵列的一种完全不同的方式,”Lahann说。

研究人员已经证明,他们的纳米纤维像荷叶一样排斥水。他们生长出直线和弯曲的纤维,并测试它们如Velcro一样粘在一起,发现顺时针和逆时针扭曲的纤维比两根直纤维针织在一起更紧密。

他们还试验了光学特性,制作了一种发光的材料。他们相信有可能制造出像北极熊皮毛一样的结构,单根纤维的结构可以照亮光线。

但分子地毯并不是最初的计划。 Lahann的小组正在与当时的威斯康星大学麦迪逊分校化学工程教授Nicholas Abbott合作,在液晶上面放置称为聚合物的链状分子薄膜。液晶以其在诸如电视和电脑屏幕的显示器中的使用而闻名。他们试图制造可以检测单个分子的传感器。

Lahann带来了生产薄膜的专业知识,而雅培领导了液晶的设计和生产。在典型的实验中,Lahann的团队蒸发链中的单链并诱导它们凝结在表面上。但是薄的聚合物薄膜有时并没有像预期的那样实现。

“这一发现强化了我的观点,即当事情没有按计划进行时,科学和工程领域的最佳进步就会发生,”雅培说。 “你必须保持警惕,将失败的实验视为机遇。”

链接不是涂在液晶的顶部,而是滑入流体中并在载玻片上相互连接。然后液晶引导从底部长大的纳米纤维的形状,形成纳米级地毯。

“液晶是一种相对无序的液体,但它可以模拟纳米纤维的形成,具有非常明确的长度和直径,”雅培说。

而且他们不仅制作了直线。根据液晶的不同,它们可以产生弯曲的纤维,如微观的香蕉或楼梯。

“我们对化学,纤维类型,纤维结构以及我们如何沉积它们有很多控制,”Lahann说。 “这确实增加了我们现在设计表面的方式的复杂性;不仅仅是薄的二维薄膜,而是三维的。”

该研究的标题是“通过化学气相聚合成液晶薄膜的模板化纳米纤维合成”。

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