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膜结构仿荷叶效应

来源:-- 时间:2020-04-23

予独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖,中通外直,不蔓不枝,香远益清,亭亭净植,可远观而不可亵玩焉。

 ——周敦颐《爱莲说》


炎炎夏日,最是那一池碧水夏荷让人们流连忘返,沁人心脾。从古至今,荷花一直深受世人喜爱,荷花的生长对淤泥是不可或缺的,因为它为荷花的生长提供了非常丰富的腐殖质。但是荷叶冲出水面,不仅淤泥,灰尘也不粘,连水滴也很难安全地停留在上面,好像它们能把叶子清理干净一样。



    “出淤泥而不染主要说的就是荷叶。每当水珠落在荷叶上的时候,荷叶上会形成近似圆球形的白色透明水珠滚来滚去而不浸润在荷叶上,“大珠小珠落玉盘”,别有一番景致。那么荷叶不沾水的奥秘究竟是什么呢?


    如果你用电子显微镜观察它,你会发现它的表面有一些微小的突起。这个微小的凸出是一个微小的微米凸出,在这个微小的微米凸出的顶部,它形成了一个纳米尺寸的凸出。当我们触摸荷叶时,它的粗糙感实际上是由这些平均约10微米大小的突起引起的。另一方面,较小的突起直径只有大约200纳米。



    荷叶具有如此细腻的微米和纳米的双重结构,换句话说,这些"微米级"的山丘上叠加着许多"纳米"山丘,这样荷叶的表面就充满了"山头","山"之间的凹陷部分充满了空气,形成了一层非常薄的空气层,靠近叶子表面只有纳米厚度。



   空气层使水滴与荷叶表面的接触面积非常小,不易附着。水滴在滚动过程中吸附灰尘,并且滚出叶面,达到清洗叶面的效果。这种自洁现象称为荷叶效应.目前,仿生荷叶技术已渗透到纺织、化工等社会产业中。许多企业已经开发了一些模仿荷叶的纳米材料和产品。



    膜结构建筑,无论是用于永久性建筑还是临时建筑,都需要使用具有自清洁功能的膜材料,以保持建筑物的美观。因此,研究人员模仿荷叶效应,将纳米粒子和疏水聚合物(聚乙烯、聚丙烯、石蜡等)制造成溶胶,并将其喷涂膜材表面上.



    ETFE膜材料,由于ETFE具有拒水、拒油、不附着力等特点,不易附着污垢,其表面摩擦很小,附着的污垢很快就会被雨水自动冲洗掉。一般来说,ETFE膜材料具有很强的自清洁性,一般使用多年仍可保持清洁。


目前市场上的大部分涂料是PVC树脂,因为随着使用寿命的延长,PVC树脂中的塑料剂会移动到薄膜材料的表面,粘在空气和雨水中的脏物质上,使薄膜表面变得脏。为了提高pvc的自洁净度,研究人员在pvc表面涂上丙烯酸树脂或含氟树脂(如PVDF),或在pvc表面粘贴含氟薄膜(如PVF)。这些方法可以改善PVC薄膜材料的自清洁性能,特别是PVF膜(氟化乙烯)在表面的结合,可以大大提高PVF薄膜材料的自清洁性和抗老化性能。

    因此,仿荷叶效应的膜结构材料具有优良的拒水和自清洁性能。即使在暴雨中,也没有降低透湿性的水膜,水滴也会随着表面的灰尘和污垢滚下,使薄膜材料的表面保持清洁和干燥。

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