پوشش دافع قطرات آب

با استفاده از بررسی سطح بدن حشرات، محققان دانشگاه پنسیلوانیا به جزئیاتی در باره نانوساختارهایی که تا پیش از این ناشناخته بوده است، دست یافتند. از این نانوساختارها می­توان به عنوان پوشش های مقاوم دافع آب  استفاده کرد.

با توجه به توانایی دفع بیشتر قطرات آب این نانوساختار، علاوه بر سایر کاربردهای فراوانی که دارد، می­توان از آن در تجهیزات محافظتی در برابر ذرات حاوی ویروس مانند ویروس کوئید 19 استفاده کرد. در دهه های گذشته طراحی سطوح آبگریز مبتنی بر گیاهانی مانند برگ نیلوفر آبی بوده است. مهندسان به صورت کلاسیک از این ساختارها برای ایجاد سطوح فوق آبگریز و یا دافع آب الهام گرفته­‌اند. بافت روی سطوح تنک بوده و نسبت بافت سطحی کم می­باشد که موجب نگهداری یک لایه بسیار نازک هوا روی سطح که دارای نانوساختارهای کرک مانند با درصد پایین هستند، می­گردد. این ساختار باعث می­شود که اگر قطرات آب روی سطح و بالای این لایه نازک هوا شناور شد، چسبندگی با سطح نداشته باشد. از آنجایی که این ساختار به خوبی عمل میکند، بنابراین پوشش های که بشر نیز به تقلید می­سازد نانوساختارهای با چگالی پایین می­باشد.

در این گزارش یک روش متفاوت معرفی شده است. با بررسی سطوحی مانند چشم پشه (mosquito)، بدن دم فنری (springtail) و یا بال جیرجیرک (cicada)  با استفاده از میکروسکوپ الکترونی محققان دریافتند که تارهای نانومتری روی این سطوح وجود دارد که داراری چگالی بالا و پرپشتی هستند. پس از بررسی های بیشتر این عزیمت از ساختارهای گیاهی، می­تواند مزایای بیشتری در پوشش های دافع آب خلق کند.

 

تصاویر میکروسکوپی و نانوسکوپی از حشرات بررسی شده

 

وقتی چنین ساختاری (با چگالی بالا و پرپشت) روی سطح ایجاد شود، لایه هوایی که در سطح قرار میگیرد مقاومت بیشتری در برابر نیروهای ضربه‌ایی خواهد داشت. در واقع این ساختارها می‌­توانند قطراتی مانند قطرات باران را که با سرعت بالا به سطح برخورد میکنند دفع کنند. این ساختار به عقیده محققان باعث قوی‌تر شدن حشرات در طبیعت میگردد. نیروی ضربه‌­ایی فرود قطره باران برای به زمین کوبیدن این حشرات و کشتن آن­ها کافی می­‌باشد، بنابراین خشک ماندن و دفع قطرات آب برای این موجودات بسیار حیاتی است که اکنون نحوه عملکرد آن مشخص شده است.  

هنگامی که یک قطره بر روی سطح برخورد میکند یک فشار چکشی و یک فشار دینامیکی روی سطح ایجاد می­‌شود. که بر اساس نیروی مویینگی و میزان نیروهای وارده رفتار قطره می­تواند در برخورد با سطح متفات باشد. در شکل زیر دو حالت اصلی برخورد قطره را مشاهده میکنید.  اگر نیروی موئینگی Pc کوچکتر از نیروهای چکشیPH­ و دینامیک PD باشد، قطره به داخل حفره های سطح نفوذ میکند، اما در صورتی که نیروی موئینگی بیش از دو نیروی ذکر شده باشد قطره نفوذی ندارد و روی سطح پخش میشود.

محققان بر اساس اطلاعاتی که از طیبعت دریافت کرده‌اند، امیدوارند که بتوانند از این ساختارها برای ساخت نسل بعدی پوشش ها استفاده کنند. استفاده از پوشش‌هایی که قطرات سریع و با نیروی ضربه‌ایی بالا را دفع کنند کاربردهای فراوانی می‌توانند داشته باشند. از ربات‌های پرنده گرفته مانند پهبادهایی که آمازون در نظر دارد برای تحویل محصولاتش از آن استفاد کند تا صنعت هواپیمایی، این نوع نانوساختارها برای افزایش کارایی و امنیت می­‌توانند توسعه یابند.

 

همچنین در حال حاضر که اپیدمی کرونا کره زمین را در بر گرفته است، محققان معتقدند که از این ساختارها می‌­توانند در حوزه سلامت نیز استفاده کنند. وقتی کسی در مجاورت شیلدهای محافطتی عطسه میکند، قطرات با سرعت زیادی به شیلد برخورد می­‌کند. در پوشش‌های کنونی این قطرات می­توانند به سطح بچسبند. اما در صورت توسعه نانوساختار معرفی شده و استفاده از آن در تجهیزات محافظتی، سطح می­تواند قطرات را دفع کند و سطح عاری از میکروب و ویروس را فراهم کند.

به گفته یکی از محققان این پژوهش ” در گذشته روش موثری برای دفع قطرات آب با سرعت بالا را نداشتیم، اما حشرات به ما یاد دادند که چگونه این کار را باید انجام دهیم. مثال‌های بیشماری مانند این مورد در طبیعت وجود دارد. ما فقط لازم است که از آن­ها یاد بگیریم “نتایج این تحقیق در 17 جولای در مجله science advances به چاپ رسیده است.


لینک مقاله:

مطالب مرتبط

ارسال دیدگاه