一种受大自然启发的防水纳米材料

中佛罗里达大学的一组研究人员创造了一种新的纳米材料，可以排斥水并且即使浸入水下也能保持干燥。这一发现可以为开发更高效的防水表面、燃料电池和电子传感器以检测毒素打开大门。这项工作记录在本月先进材料杂志的封面故事中。

UCF 纳米科学技术中心的教授 Debashis Chanda 领导的团队用纳米材料制造了这些新型超疏水薄膜和涂层。他的灵感来自某些植物和生物物种的自然和进化

“防水或疏水性是大自然保护动植物免受真菌、藻类生长和污垢堆积等病原体侵害和自我清洁的工具，”Chanda 说。“我们从荷叶的结构中获取线索，并合成了基于富勒烯分子晶体的纳米结构材料。”

富勒烯(C 60和 C 70)是由碳分子捆绑而成的——碳分子是宇宙的基本组成部分。碳有多种形式。在特殊情况下，60 或 70 个这样的碳分子可以结合在一起形成笼状封闭结构，称为富勒烯。这些笼子可以相互堆叠形成称为富勒体的高晶体。

Chanda 说，通过将一滴由富勒体形成的凝胶滴在任何表面上，就会触发超级防水状态。凝胶独特的笼状结构不会干扰被处理的原始材料，这意味着它们保留了其独特的功能特性。这意味着新的超级表面有可能用于分解水、细菌消毒、制氢或电催化——所有这些都可以在流体环境中产生。

“例如，新凝胶使电催化分解更容易，这可能会导致更高效的燃料电池，”Chanda 说。“同样的凝胶可以产生更好的电子受体，这是开发高灵敏度有毒气体探测器和传感器的关键。潜力很大。这非常令人兴奋。”

大多数先前报道的疏水表面是通过设计微观图案来实现的，这些图案涉及无法在所有表面上执行的复杂光刻或蚀刻工艺。并非所有先前形成的疏水表面在特定水深下浸入水中超过几分钟时都保持干燥。

“我们发现，无论水流方向如何，甚至在水持续流过它们的情况下，富勒体薄膜都表现出极强的防水性，”Chanda 说。“即使将它们浸入 2 英尺深的水中几个小时，薄膜仍然保持干燥。我们甚至发现它们可以以腹甲的形式捕获和储存水下气体——一种被困气泡的形式，模仿加利福尼亚莫诺的神奇碱蝇湖。”

Chanda 实验室的博士后研究员、该研究的主要作者 Rinku Saran 表示，他对这种潜力感到兴奋。

“因为这些超疏水表面是使用纯碳富勒烯以非常简便的方法创建的，我们预计它们可以在许多实验和实际应用中得到利用，”萨兰说。

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