油水分離的新材料,竟然這么便宜!
字體: 
在俄亥俄州哥倫布市的俄亥俄州立大學(xué)里,一塊不銹鋼柵網(wǎng)看起來算不上什么重要物件。然而,會(huì)引起未來環(huán)境清理的重大變革的源頭可能正是這塊不顯山露水的東西。
實(shí)驗(yàn)中,研究者們把油水混合物倒在篩網(wǎng)表面,水很快就被過濾下來流入下方的燒杯里,而油就被收集留存在上方的織物一側(cè),只要稍加傾斜,油就會(huì)滾入另一個(gè)預(yù)備好的燒杯里。

篩網(wǎng)表面的處理涂料是俄亥俄州立大學(xué)正研究中的一種新納米技術(shù)涂層。相關(guān)的研究(1/2)已經(jīng)被發(fā)表在自然雜志通訊上。這種涂料的應(yīng)用前景可以從清理油污一直說到探測(cè)地下石油儲(chǔ)量。俄亥俄杰出人才獎(jiǎng)得主Bharat Bhushan信心百倍的表示,只要有足夠大的網(wǎng),什么樣的油也都收來給你看!
這項(xiàng)工作部分算是受了蓮花葉子的啟發(fā)。但是,眾所周知自然狀態(tài)下的蓮花葉片抗水但不抗油。而Bhushan和博士后Philip Brown想要做出的是一種性質(zhì)相反的材料,他們將納米級(jí)別的硅粉散布在不銹鋼表面從而創(chuàng)造出一個(gè)隨機(jī)的磨砂表面,再在磨砂狀的表面涂布上一層嵌有表面活性劑的聚合物(表面活性劑:肥皂,洗衣粉,洗發(fā)水這類產(chǎn)品中產(chǎn)生清潔效果的主要成分)。
硅粉、表面活性劑、聚合物和不銹鋼都是無毒且便宜的材料,大規(guī)模制造后,一平方英尺的這種篩網(wǎng)材料成本還不到一美元(一平米68塊,和便宜的地磚一個(gè)價(jià))。
因?yàn)橥繉又挥写蟾艓装偌{米厚(數(shù)量級(jí)上大概是一張紙厚度的百分之一),涂層本身幾乎檢測(cè)不到,摸上去也感覺不到和沒有涂層處理的篩網(wǎng)有什么區(qū)別,不過涂層處理的篩網(wǎng)看起來可能沒有那么閃閃亮,因?yàn)橥繉拥耐腹饴手挥?0%。研究人員選用二氧化硅部分是因?yàn)槎趸枋悄ЯΦ某煞?,他們想要嘗試一下這種技術(shù)在制造可用于玻璃的透明抗污圖層上的潛力。目前能達(dá)到的70%的透光率在汽車后視鏡之類的場(chǎng)合還算是夠用,但對(duì)于多數(shù)的窗戶或是像智能手機(jī)的表面處理,這種效果還是不太能讓人滿意。

Bhushan表示研究的最終目標(biāo)是達(dá)到90%的透光率,在制造出來的這些圖層中,不同組成物比例造成了不同的性質(zhì),關(guān)鍵就是選擇正確的添加比例。在某些合適的比例下,涂層會(huì)顯示出親油而非斥油的性質(zhì),擁有這樣性質(zhì)的材料往大了說能用來探測(cè)地下石油儲(chǔ)量,往小了說可以清潔撒了一地的油污。
表面納米結(jié)構(gòu)的形態(tài)也是影響最終效果的重要因素,在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中研究助理Dave Maharaj將表面的納米硅替換成了二硫化鉬納米管,這種材料和油的混合效果就很好。Maharaj測(cè)定了換用材料后的表面摩擦系數(shù),然后測(cè)試了這種材料在高壓下的表現(xiàn)。納米管結(jié)構(gòu)天然的缺陷使得高壓下的表面納米管結(jié)構(gòu)直接被撕裂,產(chǎn)生了一個(gè)相當(dāng)光潔的表面,摩擦系數(shù)降得非常低。
Bhushan預(yù)測(cè)鉬合物能與油兼容的很好,加上鉬合物本身可以做到很低的摩擦,說不定還能成為液體潤(rùn)滑劑的良好添加劑。而對(duì)微米、納米級(jí)別的器件來說,普通商業(yè)用潤(rùn)滑油太粘稠,反而不利于他們高效運(yùn)行,他估計(jì)在這種應(yīng)用情景下鉬納米管倒是可以獨(dú)立作為潤(rùn)滑劑減少摩擦。
這項(xiàng)工作在十多年前就開始了,那時(shí)候Bhushan開始模仿荷葉的紋理構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)圖層,并取得了相關(guān)專利。從那時(shí)起,他領(lǐng)導(dǎo)著他的團(tuán)隊(duì)不斷擴(kuò)展這項(xiàng)技術(shù)可能的邊界和為不同的應(yīng)用目標(biāo)改造著手頭的材料,Bhushan野心勃勃的表示:“這么多年以來,我們研究了如此多的自然界已有表面結(jié)構(gòu),從葉片到蝴蝶翅膀到鯊魚皮來學(xué)習(xí)自然界是如何解決問題的,現(xiàn)在我們要更進(jìn)一步,超越自然,解決面臨的新問題?!?/SPAN>


