• Friday July 19,2019

La pianta carnivora ispira materiale super scivoloso che respinge tutto

Anonim

Tak-Sing Wong della Harvard University ha creato un materiale sintetico così scivoloso che fa sembrare la schiena di un'anatra come una spugna. È "onnipobico" - respinge tutto. Tutti i tipi di liquidi, dall'acqua al sangue al petrolio grezzo, rotolano direttamente fuori da esso. Il ghiaccio non può formarsi sopra. Si guarisce anche se danneggiato. È un materiale straordinario ed è stato ispirato dalle labbra di una pianta carnivora.

La pianta di lanciatore uccide e mangia animali. Alcune delle sue foglie hanno la forma di brocche profonde, ei loro bordi, detti peristomi, sono eccezionalmente scivolosi. Gli insetti che esplorano il bordo, cercano il nettare, perdono presto i loro appigli e cadono dentro. Presto affogano e vengono distrutti dai liquidi digestivi del lanciatore. (Ci sono alcune eccezioni - vedi presentazione in fondo).

Sotto il microscopio, il segreto della scivolosità del peristoma è chiaro. È allineato con cellule che si sovrappongono l'un l'altro, creando una serie di creste e avvallamenti graduali. La pianta secerne il nettare su questa superficie irregolare. Gli avvallamenti raccolgono il nettare e le creste lo trattengono, impedendogli di defluire. Il risultato è una superficie estremamente liscia, stabile e scivolosa che respinge gli oli sui piedi degli insetti. Qualsiasi bug che si muove su questa zona senza attrito cade nel suo destino.

Wong ha imitato queste strutture per creare SLIPS - superfici porose infuse di liquidi scivolosi - che sono più scivolose delle loro controparti naturali o di altri materiali artificiali. Sono fatti di pile di minuscoli pali, ognuno mille volte più sottili di un capello umano, o una rete casuale di fibre altrettanto sottili. Questi forniscono una struttura ruvida, che Wong ha riempito con un lubrificante, proprio come la pianta del brocca satura le sue cellule ruvide di nettare. Il lubrificante non si miscela con acqua né oli e evapora a malapena.

Gli SLIPS sono come delle spugne, blocchi solidi che intrappolano liquidi, ma sono progettati per tenere saldamente il liquido in posizione, mantenendo la superficie liscia e piatta. Questa combinazione permette loro di respingere una gamma molto più ampia di liquidi rispetto a qualsiasi altra superficie artificiale. Gocce d'acqua, sangue e petrolio siedono sugli SLIPS come sfere. Gli angoli tra le gocce e lo SLIP non sono generalmente maggiori di 2 gradi (l'angolo sarebbe 0 per una sfera perfetta).

Se gli SLIPS sono delicatamente angolati, le gocce rotolano via, senza lasciare nulla dietro. Lo puoi vedere nelle immagini qui sotto. Gocce di olio e sangue non lasciano tracce mentre passano sopra gli SLIPS, ma formano grandi macchie mentre viaggiano sugli strati centrali di Teflon. Anche il ghiaccio non si forma sugli scivoli - il secondo i cristalli si uniscono, scivolano via. Né gli insetti riescono ad afferrare - una formica, che si arrampica dopo un po 'di marmellata, scivola via proprio come farebbe sul bordo di una pianta di lanciatore (con la marmellata che segue rapidamente).

Gli SLIPS di Wong sono circa dieci volte più scivolosi dei migliori sintetici. Sono più fluidi, lavorano sotto alte pressioni e possono essere resi trasparenti. Possono anche guarire se stessi. Quando Wong ha danneggiato la struttura solida, la parte liquida riempie semplicemente l'area interessata in meno di un secondo. Meglio di tutti, sono facili da fare. I materiali per la parte solida sono ampiamente disponibili e possono essere facilmente modellati nelle giuste strutture. Per la parte liquida, è possibile utilizzare un'ampia varietà di sostanze chimiche e adattarle ai solidi scelti.

Ci sono molte possibili applicazioni. Una parete rivestita in SLIPS sarebbe impossibile ai graffiti. I dispositivi o gli strumenti medici coperti da SLIPS sarebbero difficili da contaminare. Gli SLIP sono stabili in una gamma di temperature e pressioni, che li rende utili per il trasporto di fluidi dal petrolio greggio ai biocarburanti o per esplorare l'oceano profondo. Sono resistenti al ghiaccio e potrebbero essere utilizzati per rivestire gli strumenti in condizioni polari. Sono trasparenti e autopulenti, quindi puoi usarli per realizzare obiettivi, sensori, celle solari o dispositivi per la visione notturna.

Non è la prima volta che una superficie naturalmente idrorepellente ha ispirato il design di quelli creati dall'uomo. Le foglie di loto sono famose per la loro capacità di respingere l'acqua e pulirsi. Come il bordo della pianta del lanciatore, hanno anche una superficie microscopicamente irregolare, con file su file di piccoli tacchetti. Gocce d'acqua si siedono sopra queste borchie e mentre rotolano via raccolgono sporco e altre particelle. Molti scienziati hanno imitato la struttura del loto per creare superfici idrorepellenti e autopulenti.

Ma questi materiali ispirati al loto, a differenza di quelli a base di lanciatore, sono fragili, sensibili e limitati nel loro uso. "Funzionano solo contro l'acqua", dice Joanna Aizenberg, che ha guidato lo studio del Wong. Altri liquidi complessi, come gli oli, possono facilmente penetrare nelle sacche d'aria tra i perni e rovinare la loro capacità di respingere l'acqua. Anche l'acqua stessa può farlo sotto alta pressione; un forte temporale è sufficiente. Le borchie possono anche essere facilmente danneggiate; ogni nuovo difetto minaccia di trattenere gocce di liquido e impedire loro di rotolare via. "Queste superfici non sono ancora abbastanza robuste per molte applicazioni standard, per non parlare delle condizioni difficili", afferma Aizenberg.

Questi problemi possono essere superati, ma con grandi difficoltà e spese. Wong ha optato per un approccio diverso scambiando i dossi vuoti del loto con quelli pieni di liquido della pianta del lanciatore. Walter Federle, dell'Università di Cambridge, che ha scoperto la struttura del peristoma della pianta del lanciatore, dice: "È davvero eccitante vedere che questo principio ha ispirato gli autori e ha permesso loro di sviluppare qualcosa che potrebbe rivelarsi estremamente utile "Tuttavia, aggiunge, " sono curioso di sapere se sarà possibile far sopravvivere queste superfici per lunghi periodi di tempo in condizioni esterne impegnative ".

Wong ha progettato gli SLIPS in modo che il loro film di lubrificante liquido rimanga sul posto. Tuttavia, Aizenberg afferma: "Alcune condizioni, come le forze di taglio estremamente elevate incontrate da un getto ad alta velocità, potrebbero potenzialmente esaurire il liquido." È incredibile che quelli siano i tipi di forze che rovinerebbero il materiale, ma la squadra tuttavia, questo lo vede come una debolezza. Ora stanno lavorando per modificare le proprietà dello strato liquido in modo che possa resistere anche ad "ambienti ad alto flusso o turbolenti".

Aggiornamento: Neil Withers su Twitter dice, "Sei un biologo - 3 paras su piante insanguinate e nessuna menzione di cosa siano realmente i" post "/ lube!" Heh. È un bel poliziotto. Il bit solido è "una serie di nanopunti funzionalizzati con un silfuro di polifluoroalchilano a bassa energia superficiale" o "una rete casuale di nanofibre di Teflon" e il liquido è "liquidi perfluorurati a bassa tensione superficiale (ad esempio, 3M Fluorinert FC-70 o oli di DuPont Krytox) ". Quindi, fondamentalmente, polvere di pixie congelata.

Riferimento: Wong, Kang, Tang, Smythe, Hatton, Grintha e Aizenberg. 2011. Superfici scivolose autoripristinanti bioinspirate con omnipobicità stabile alla pressione. Nature //dx.doi.org/10.1038/nature10447

Immagini: Brocca di Thomas Gronemeyer; tutti gli altri dalla natura


Una galleria di animali che in qualche modo sventano le piante carnivore scivolose



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