高功率激光技术助美教授成功研出军用排水防冰材料

  荷叶具有独特的微观结构和腊状涂层使它容易排水。受这个大自然灵感的启发，美国弗吉尼亚大学教授已经想出一个办法来让金属和塑料可以做几乎同样的事情。

    兰利大学电气和计算机工程学系特聘教授，激光和等离子体国家科学基金会(NSF)行业/大学合作研究中心主任Mool Gupta，开发了一种方法使用高功率激光技术和纳米技术来创建一个类似的结构，能够排水、捕捉阳光和防止冰的形成。

    这种纹路材料可以用在大范围使用，在有结冰危险的产品中存在潜在的重要应用，例如航空、汽车工业、军事、保护通信塔、风机叶片、桥梁、屋顶、轮船、卫星天线、甚至滑雪板。

    以商业和军事航空为例，这些材料可以改善航空安全, 使得包括抓取冰块和应用如乙二醇化学物质在内的电流除冰程序成为不必要的。

    该材料捕捉阳光的能力也可以提高太阳能电池的性能。

    Gupta和他的研究小组首先制备一块有纹路的金属，作为模具批量生产有相同的微观结构的塑料。复制过程类似于光盘生产。当然，不同的是，CD主模包含特定信息，比如一种声音，然而，“在我们的例子中我们不写入任何信息，我们创造的是一个微观结构，”Gupta说。

    “首先创建一块有纹路的金属，”Gupta补充道，“使用这个主用金属来制造很多片有纹路的塑料。因此，所有的特征都会复制在特殊的塑料上。只要创建出纹路，你将一滴水滴在上面，水会滚下来而不粘附在上面，就像荷叶一样。我们已经创造出了一个排水的人造结构，就像荷叶。”

    生产这种有特殊纹路的金属过程是这样的：科学家们使用例如能量光束高于激光指针2000万倍的高能激光，聚焦在金属表面。金属吸收激光的光和热来达到约1200摄氏度或更高的融化温度，这一过程将重新排布材料的表面形成显微组织。

    “所有一切发生在小于0.1/ 1000000秒的时间内，”Gupta说，“微观纹路是自组织的。通过扫描聚焦激光束，我们得到了大面积的微观纹路。产生的微观纹路用作压模复制在聚合物上。压模可以用很多很多次，允许了一个低成本的制造过程。生成的微观纹路聚合物表面表现出很高的排水性。”