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新技術:飛秒激光可使金屬具備超疏水性能
 
無需化學涂層和其他工藝,僅僅借助激光器就能為普通金屬增加防水、防銹、防冰凍和自我清潔的特性,美國羅切斯特大學的科學家日前對外公布了這項新技術。相關論文發表在1月20日出版的《應用物理學》雜志上。

負責這項研究的該校光學教授郭春雷(音譯)表示,目前,絕大多數的疏水材料都依靠化工涂料來實現。而新技術則從光學角度入手,通過激光在金屬表面創建復雜的納米結構來達到這一目的。

與化學涂層相比,新技術所雕刻出的圖案會成為金屬材料的一部分。這意味著它們不會被擦掉或輕易磨損。正是這些特殊的圖案讓材料具備斥水性能:當水滴滴到材料表面后,只會被彈開,然后滾落,整個過程只需要不到一秒鐘的時間。與化學涂層材料相比,其優勢還在于疏水性能更加優秀。普通的疏水材料,如常用于鍋底的特氟龍材料,需要將材料表面傾斜到至少70度,水才會開始向下滑落。而經飛秒激光處理過的超疏水材料,不到5度就可以達到同樣效果。

由于水滴不但不會粘在超疏水材料表面,而且還會彈起,在這個過程中它們會帶走灰塵顆粒,這就讓這些材料具備了一定的自動清潔能力。為了進行測試,研究人員將吸塵器收集到的灰塵倒在材料表面,結果發現,三滴水就能除去大約一半的塵埃顆粒。十幾滴水就能將材料表面的灰塵全部除去。更妙的是,清洗完畢后,材料表面依然干燥如新。

物理學家組織網1月21日(北京時間)報道稱,這種超疏水材料在發展中國家具有很多潛在的用途。這一點還引起了比爾及梅琳達·蓋茨基金會的興趣,并對該項目進行了資助。在一些地區,收集雨水是一件極其重要的事情,使用這種超疏水材料將能大幅提高效率。用其制成的雨水收集裝置,將不需要更多考慮漏斗的尺寸以及傾斜角度問題;第二個領域是可用于建造更加清潔、衛生的廁所。這種材料將能夠制造出無需沖洗就能保持清潔的馬桶和衛生設施。

但在將這一切變為現實之前還有一些問題需要解決。目前,研究人員所制造出來的樣品只有1英寸×1英寸(1英寸=2.54厘米)。要獲得實用還必須找到擴大面積增加產量的方法。

這種對金屬表面進行雕刻的新技術使用了超大功率、超短波長的激光脈沖,飛秒激光是人類目前在實驗室條件下所能獲得最短脈沖的技術手段。除了讓材料表面防水,該技術還有其他潛在的應用領域:如制造出一種不會生銹也不需要經常清洗的太陽能收集裝置,或具備一定光學性能的金屬等。

郭春雷稱,他們還在考慮將這一技術用于半導體或絕緣材料上,開發出一款從里到外都能防水的電子設備。

改變與水的親密關系,讓金屬不在歲月的長河中失去光澤和老化,是人類幾千年一直追尋的目標,油漆、合金、納米涂層,我們一直在更新著自己的技術手段。現在,飛秒激光技術又以一種簡單、高效的顛覆式的形象出現,成為一種可以在金屬、玻璃甚至塑料上廣泛使用的替代性生產工藝,必將對資源利用和工業發展產生全面影響。
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