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      3大神奇材料---超疏水材料、水凝膠、4D打印
      編輯:尚蒙科技無錫有限公司   時間:2018-01-09

       

       

       

       

       

       

      看完上面這個視頻,是不是被這些神奇的科技震驚了呢?

      其實這些都是新材料技術最新的應用進展,下面小編就帶大家領略這些神奇的材料究竟是什么吧!

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      疏水材料

      Nanofur,一種被冠以石油 “清道夫”之稱的新型吸油疏水材料,出現在了大眾視野。它由來自德國卡爾斯魯厄理工學院的科研團隊研發問世。

      提及石油泄漏,國外著名的2010年英國石油公司漏油事件帶來的思考是個不可回避的沉重話題,然而石油泄漏總是頻頻發生。

      其帶來的環境危害之大及處理措施的捉襟見肘讓科學家們一直在尋求一種可有效高效吸收石油的材料。

      來自大自然的靈感,荷葉的疏水結構,讓科學家們決定去自然界找答案。

      終于受水類蕨類啟發,研發出命名為Nanofur的新型材料。此種蕨類植物葉子表面具有吸油疏水作用的毛狀體(長度介于0.3-2.5mm之間似發絲般的迷你分支)結構,可快速吸收大量的油。

      它的出現對治理石油泄漏意義重大,因為大部分的材料可吸收油還吸收水(如鋸末),這使得它們用來處理海上石油泄漏是不切實際的。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優點被寄予厚望。

      疏水材料似乎是一種很神奇的存在,不禁好奇,它因何具有如此特異功能?小編就來給你解開疏水材料原理的神秘面紗。

      材料的原理

      自然界的疏水材料無處不在

      制備方法

      超疏水材料的應用

      超疏水材料在實際生活中扮演著怎樣的角色呢?我們一睹它的風采。

      簡單地沖或淋洗就可去除表面的污垢,具有清潔效應的涂層已應用到了國家大劇院的外墻和汽車上。

      采用疏水材料制備的防水鞋服和防水電子產品成功生產及應用。

      超疏水表面可減少水滴與表面的接觸,延緩水滴凝結時間。基于此原理,在冰箱等制冷設備內壁表面構筑超疏水涂層來防止結冰結霜。

      霧氣在玻璃表面凝結的現象很常見,凝聚在表面的小水滴會對光產生折射反射作用,給人們生活造成了極大的不便。超疏水涂層使得霧滴不能凝結于鏡面上從而達到防霧的效果。

      非洲沙漠生活著一種甲蟲,其背部分布著很多凸起的超疏水結構,凸起結構之間是親水的凹谷,這使得甲殼蟲可以在干旱沙漠空氣中獲取水分,由此科學家制備了仿生沙漠集水器。

      超疏水表面捕獲的空氣層可以通過邊界層滑移的方式減少流動阻力。因此在船體、潛艇、運輸管道上構筑超疏水涂層可有效減少阻力。

       

       

      二、 水凝膠

      自然界中存在許多發揮著膠水一樣作用的天然的膠粘材料,水凝膠便是最為典型的代表。受到天然粘附材料水凝膠給的啟發, MIT的工程師們研發出一種新型水凝膠材料,被稱為 “智能創傷敷藥”。

      這種人造的水凝膠含超過90%的水分,透明,呈橡膠狀。經過試驗測試,可極其牢固地粘附在多種多樣的材料表面,如玻璃,硅片等。它的耐用性持久,被作為防護涂層的候選材料,最為令人關注的是其在醫療健康領域中的應用。

      MIT機械學院的副教授、水凝膠系統設計者Xuanhe Zhao表示如果想讓電子設備緊貼人身體以應用于醫學監測和藥物輸送,并達到非常理想的效果,可以讓電子設備柔軟并富有彈性以便與人體環境相吻合。然而普通電子設備硬而干,人的皮膚卻軟而濕。這兩個體系的性質截然不同。于是可進行彈性水凝膠電子設備的設計。

      研究團隊將溫度傳感器植入一大片水凝膠,然后在上邊鉆出藥物輸送的通道,打造出一款“高科技創可貼”。而且“創可貼”還集成了很多傳感器,如LED燈、電子設備。彈性水凝膠電子設備的研發及應用具有廣闊的前景。

      水凝膠這個名詞引到底是什么呢?其實它并沒有特別神秘,在生活中常常會有接觸只是不易被我們注意到。常吃的果凍,一些透明的面膜,退熱貼,軟性隱形眼鏡,去照B超之前涂得那層透明的膠體都是它的家族成員。

      它是一種聚合的網絡結構,可以吸收和保存大量的水。其中有親水的集團或區域進行水合產生凝膠的結構。網絡結構在水凝膠中是必要的,因為需要避免親水的高分子鏈或者片段溶解進入溶液中。因為它的水溶性,其不但是溶脹得聚合網絡的研究熱點,在不同領域都有廣泛應用,比如蛋白質分離,細胞包埋,組織工程等等。

      由于種類繁多,水凝膠的分類標準也有許多,包括按來源,交聯方式,降解性能,對外界刺激的響應,尺寸結構和功能分類等。

      按來源分類

      天然水凝膠

      合成水凝膠

      按交聯方式分類

      按降解性能分類

      按對外界刺激的響應分類

      按尺寸結構分類

      其中提及的環境響應型水凝膠最好的例子便是由MIT團隊研制的新型水凝膠及彈性水凝膠電子設備的設計思路,這種環境響應型水凝膠無疑會吸引更多的目光。

       

      三、    4D打印

      2015年的CES大會上,Nervous System推出他們用4D打印“運動學連衣裙”的概念制作出的第二款裙子,希望從衣物舒適性方面有所突破。總計一共 3212 個“零件”被 4709個“接環”連接在一起。不同形狀的“零件”拼成的公司名字:Nervous System。

      3D打印還沒有正式普及,4D打印的概念早在2013年就已經提出了。所謂的4D打印技術,準確地說是一種能夠自動變形的材料,它能按照產品的設計自動折疊成相應的形狀,是不是夠新奇夠神奇呢!這種變形功能的潛力無限,適用領域從日用消費品到生物醫學實踐,從航空航天工業到體育界,無所不包。“你可以設想隨運動員和環境的改變而改變的服裝和鞋子,輪胎可根據不同路況而變形,消費者就不用為不同路面購買不同型號的輪胎了。”

      這種逆天之作是如何實現的呢?

      4D打印使用的打印材料為可記憶高分子材料,尤其是慢回彈聚氨酯材料。慢回彈聚氨酯聚醚主要應用于慢回彈泡沫塑料,所謂慢回彈泡沫是指泡沫受外力作用將其變形后,泡沫并不像一般海綿能夠立即復原,而是緩慢地恢復原形并且無殘留變形,也就是我們通常說的記憶海綿。這種泡沫具有優良的緩沖、隔音等特別功能,可應用于航天、航空、汽車等抗震、緩沖資料以及發動機噪聲隔離。

      4D打印材料對材料進行編程模仿使得材料依照預先設定好的時刻形狀變形,照Tibbits的話說:讓物體如機器般主動制作,而不是先設定好物體然后再制作。這項4D打印技術絕對是顛覆性的,它不但能夠創造出有智慧、有適應能力的新事物,還可以徹底改變傳統的工業打印甚至建筑行業。如果將4D打印技術運用到宏觀層面上,可降低制造業的能源和勞動力成本。

       

       

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