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3大神奇材料---超疏水材料、水凝胶、4D打印
编辑:尚蒙科技无锡有限公司   时间:2018-01-09

 

 

 

 

 

 

看完上面这个视频,是不是被这些神奇的科技震惊了呢?

其实这些都是新材料技术最新的应用进展,下面小编就带大家领略这些神奇的材料究竟是什么吧!

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疏水材料

Nanofur,一种被冠以石油 “清道夫”之称的新型吸油疏水材料,出现在了大众视野。它由来自德国卡尔斯鲁厄理工学院的科研团队研发问世。

提及石油泄漏,国外著名的2010年英国石油公司漏油事件带来的思考是个不可回避的沉重话题,然而石油泄漏总是频频发生。

其带来的环境危害之大及处理措施的捉襟见肘让科学家们一直在寻求一种可有效高效吸收石油的材料。

来自大自然的灵感,荷叶的疏水结构,让科学家们决定去自然界找答案。

终于受水类蕨类启发,研发出命名为Nanofur的新型材料。此种蕨类植物叶子表面具有吸油疏水作用的毛状体(长度介于0.3-2.5mm之间似发丝般的迷你分支)结构,可快速吸收大量的油。

它的出现对治理石油泄漏意义重大,因为大部分的材料可吸收油还吸收水(如锯末),这使得它们用来处理海上石油泄漏是不切实际的。研制出的Nanofur具有高效大量的吸附能力以及吸附后易收集等优点被寄予厚望。

疏水材料似乎是一种很神奇的存在,不禁好奇,它因何具有如此特异功能?小编就来给你解开疏水材料原理的神秘面纱。

材料的原理

自然界的疏水材料无处不在

制备方法

超疏水材料的应用

超疏水材料在实际生活中扮演着怎样的角色呢?我们一睹它的风采。

简单地冲或淋洗就可去除表面的污垢,具有清洁效应的涂层已应用到了国家大剧院的外墙和汽车上。

采用疏水材料制备的防水鞋服和防水电子产品成功生产及应用。

超疏水表面可减少水滴与表面的接触,延缓水滴凝结时间。基于此原理,在冰箱等制冷设备内壁表面构筑超疏水涂层来防止结冰结霜。

雾气在玻璃表面凝结的现象很常见,凝聚在表面的小水滴会对光产生折射反射作用,给人们生活造成了极大的不便。超疏水涂层使得雾滴不能凝结于镜面上从而达到防雾的效果。

非洲沙漠生活着一种甲虫,其背部分布着很多凸起的超疏水结构,凸起结构之间是亲水的凹谷,这使得甲壳虫可以在干旱沙漠空气中获取水分,由此科学家制备了仿生沙漠集水器。

超疏水表面捕获的空气层可以通过边界层滑移的方式减少流动阻力。因此在船体、潜艇、运输管道上构筑超疏水涂层可有效减少阻力。

 

 

二、 水凝胶

自然界中存在许多发挥着胶水一样作用的天然的胶粘材料,水凝胶便是最为典型的代表。受到天然粘附材料水凝胶给的启发, MIT的工程师们研发出一种新型水凝胶材料,被称为 “智能创伤敷药”。

这种人造的水凝胶含超过90%的水分,透明,呈橡胶状。经过试验测试,可极其牢固地粘附在多种多样的材料表面,如玻璃,硅片等。它的耐用性持久,被作为防护涂层的候选材料,最为令人关注的是其在医疗健康领域中的应用。

MIT机械学院的副教授、水凝胶系统设计者Xuanhe Zhao表示如果想让电子设备紧贴人身体以应用于医学监测和药物输送,并达到非常理想的效果,可以让电子设备柔软并富有弹性以便与人体环境相吻合。然而普通电子设备硬而干,人的皮肤却软而湿。这两个体系的性质截然不同。于是可进行弹性水凝胶电子设备的设计。

研究团队将温度传感器植入一大片水凝胶,然后在上边钻出药物输送的通道,打造出一款“高科技创可贴”。而且“创可贴”还集成了很多传感器,如LED灯、电子设备。弹性水凝胶电子设备的研发及应用具有广阔的前景。

水凝胶这个名词引到底是什么呢?其实它并没有特别神秘,在生活中常常会有接触只是不易被我们注意到。常吃的果冻,一些透明的面膜,退热贴,软性隐形眼镜,去照B超之前涂得那层透明的胶体都是它的家族成员。

它是一种聚合的网络结构,可以吸收和保存大量的水。其中有亲水的集团或区域进行水合产生凝胶的结构。网络结构在水凝胶中是必要的,因为需要避免亲水的高分子链或者片段溶解进入溶液中。因为它的水溶性,其不但是溶胀得聚合网络的研究热点,在不同领域都有广泛应用,比如蛋白质分离,细胞包埋,组织工程等等。

由于种类繁多,水凝胶的分类标准也有许多,包括按来源,交联方式,降解性能,对外界刺激的响应,尺寸结构和功能分类等。

按来源分类

天然水凝胶

合成水凝胶

按交联方式分类

按降解性能分类

按对外界刺激的响应分类

按尺寸结构分类

其中提及的环境响应型水凝胶最好的例子便是由MIT团队研制的新型水凝胶及弹性水凝胶电子设备的设计思路,这种环境响应型水凝胶无疑会吸引更多的目光。

 

三、    4D打印

2015年的CES大会上,Nervous System推出他们用4D打印“运动学连衣裙”的概念制作出的第二款裙子,希望从衣物舒适性方面有所突破。总计一共 3212 个“零件”被 4709个“接环”连接在一起。不同形状的“零件”拼成的公司名字:Nervous System。

3D打印还没有正式普及,4D打印的概念早在2013年就已经提出了。所谓的4D打印技术,准确地说是一种能够自动变形的材料,它能按照产品的设计自动折叠成相应的形状,是不是够新奇够神奇呢!这种变形功能的潜力无限,适用领域从日用消费品到生物医学实践,从航空航天工业到体育界,无所不包。“你可以设想随运动员和环境的改变而改变的服装和鞋子,轮胎可根据不同路况而变形,消费者就不用为不同路面购买不同型号的轮胎了。”

这种逆天之作是如何实现的呢?

4D打印使用的打印材料为可记忆高分子材料,尤其是慢回弹聚氨酯材料。慢回弹聚氨酯聚醚主要应用于慢回弹泡沫塑料,所谓慢回弹泡沫是指泡沫受外力作用将其变形后,泡沫并不像一般海绵能够立即复原,而是缓慢地恢复原形并且无残留变形,也就是我们通常说的记忆海绵。这种泡沫具有优良的缓冲、隔音等特别功能,可应用于航天、航空、汽车等抗震、缓冲资料以及发动机噪声隔离。

4D打印材料对材料进行编程模仿使得材料依照预先设定好的时刻形状变形,照Tibbits的话说:让物体如机器般主动制作,而不是先设定好物体然后再制作。这项4D打印技术绝对是颠覆性的,它不但能够创造出有智慧、有适应能力的新事物,还可以彻底改变传统的工业打印甚至建筑行业。如果将4D打印技术运用到宏观层面上,可降低制造业的能源和劳动力成本。

 

 

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