“即使遭受水滴冲击也能承受”……UNIST Lee Donguk 团队开发超疏水表面

Published 16 Oct.2024 09:22(KST)

Updated 02 Aug.2025 19:08(KST)

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抗水滴冲击与水压的仿生结构，实现稳定超疏水性

凹形柱状结构提升工业效率…刊登于《Advanced Materials》

蔚山科学技术院（校长 Park Jongrae）研究团队仿生叶甲的表面结构，开发出了在水滴冲击和水压作用下仍具高稳定性的超疏水表面。

预计这一技术将在海洋、航空、能源等多个产业中提高效率，并有助于降低维护成本。

研究团队。（上排从左起顺时针依次为 Lee Donguk 教授、第一作者 Park Jinu、Lee Seunghyun、第一作者 Lee Jinhun 研究员）

能源化学工程系 Lee Dongwook 教授团队仿生了在叶甲等生物体上发现的凹陷结构，并在此基础上实现了即使在严苛环境下也能保持超疏水性的凹柱状表面。

研究团队借鉴自然界中可见的独特结构，抑制表面润湿，并获得了较以往更优异的超疏水性能。实验表明，这种凹柱结构相比传统超疏水表面，对冲击和水压具有更出色的抗性。

超疏水性是指水不会渗入表面且能轻易滚落的特性。这一特性被广泛应用于自清洁、防冰、防污等多个领域。

以往的超疏水表面在水滴受到冲击或承受水压时，存在容易被润湿的局限。要克服这一问题，就需要稳定的防润湿功能，并且必须在严苛环境下依然保持超疏水性。

研究团队从叶甲和跳虫的凹陷结构中获得灵感，在此基础上制备了带有凹陷空腔的柱状表面。这种表面即使在水滴高速冲击或高水压的水下环境中，也表现出稳定的超疏水性。

实验结果显示，凹柱结构在约为普通柱状结构1.6倍的冲击强度下仍不会被润湿。在高水压环境中，普通柱状结构约有87%区域被润湿，而凹柱结构仅有7%区域被润湿。

当水滴接触表面时，凹陷空腔会形成空气垫，这一空气垫像弹簧一样发挥作用，阻止水渗入表面。得益于此，凹柱表面可以在24小时以上稳定保持超疏水性。

仿生超疏水表面的制备概述。

Lee Dongwook 教授表示：“本研究为稳定超疏水表面的设计提出了新的方向，如果这一设计实现实用化，预计将在各类工业现场作出重要贡献。”

本研究由博士研究生 Lee Jinhun 和博士 Park Jinwoo 作为共同第一作者参与，研究工作得到了韩国研究财团中坚研究者支援项目以及纳米与材料技术开发项目的资助。研究成果已于10月2日在线发表在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。