研究人員報告說受蟬啟發的防水表面離現實很近

一個研究昆蟲翅膀的物理和化學特性的多學科小組證明，能夠復制有助于蟬翅膀排斥水并防止細菌在表面形成的納米結構。這種使用商業指甲油的新技術既經濟又簡單，研究人員表示，這將有助于制造未來的高科技防水材料。

該團隊使用制造工藝的簡化版本-稱為納米壓印光刻技術-在美國中部發現的一年生新蟬(Neotibicen pruinosus)的機翼上制作復雜的柱狀納米結構的模板。研究人員說，這些模板是完全可溶解的，可產生平均柱高的94.4%和原始機翼或主結構柱直徑的106%的副本。

這項研究的結果發表在《納米快報》上。

“我們選擇與這種蟬的機翼一起工作，因為我們過去的工作證明了機翼上復雜的納米結構如何提供出色的拒水能力。這是非常可取的特性，可用于飛機的許多材料工程應用中伊利諾伊大學厄本那-香檳分校的昆蟲學教授Marianne Alleyne說道，他與美國陸軍工程兵建設工程研究實驗室的Donald Cropek和Nenad Miljkovic共同領導了這項研究伊利諾伊州機械科學與工程教授。

研究人員說，納米壓印光刻技術不是新技術，但可能會耗費大量人力且昂貴。有些方法使用有毒材料，這些材料會損壞原始復制的物體，例如精致的蟬翼。其他一些則需要與植物或昆蟲等生物樣品不兼容的高溫。

顯示了在蟬翼上發現的納米柱的納米壓印光刻工藝。圖片來源：美國化學學會。有關更多信息，請訪問pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01547。

Cropek說：“我們的過程使我們能夠在室溫和大氣壓下的開放實驗室中做到這一點。” “我們使用指甲油和外用酒精，不會對精致的機翼納米結構造成任何損害。”

在實驗室中，研究小組將速干指甲油直接涂在蟬翼上，然后在室溫下固化。

Alleyne說：“要找到正確的指甲油配方并不容易，因為我們要避免在去除指甲油時會翹曲或拉伸模板的指甲油。” 完成后，可以在模板上涂上聚合物或金屬，然后將其溶解掉，只剩下復制金屬或聚合物。

為了展示這種新方法的多功能性，該團隊嘗試了兩種截然不同的復制材料：銅金屬和一種名為PDMS的柔性硅基有機聚合物。

“我們證明了該技術與金屬，氧化物或陶瓷的物理氣相沉積和電化學沉積以及化學氣相沉積和旋涂聚合物等較軟材料兼容，” Miljkovic說。

“銅對我們來說特別有趣，因為它具有固有的抗菌特性，而我們過去的工作表明某些蟬類的翅膀具有抗菌特性，”阿萊恩說。“我們不知道是機翼表面的化學物質或物理納米結構，還是化學和形貌的結合產生殺菌活性，但是能夠生產具有不同化學物質和結構的材料將有助于我們回答。這個基本問題。這種相對簡單的新制造方法最終將幫助我們設計多功能工程材料。”