一個研究昆蟲翅膀物理和化學(xué)特性的多學(xué)科小組已經(jīng)證明了復(fù)制納米結(jié)構(gòu)的能力，這些納米結(jié)構(gòu)有助于蟬翼排斥水分并防止細(xì)菌在表面滋生。這種使用商業(yè)指甲油的新技術(shù)既經(jīng)濟(jì)又簡單，研究人員表示，它將有助于制造未來的高科技防水材料。

該團(tuán)隊使用了一種簡化版的制造過程——稱為納米壓印光刻——在 Neotibicen pruinosus 翅膀上制作復(fù)雜柱狀納米結(jié)構(gòu)的模板，這是一種在歐洲中部地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一年生蟬。研究人員說，這些模板是完全可溶解的，并且可以生產(chǎn)出平均 94.4% 的支柱高度和 106% 的原始機(jī)翼或主結(jié)構(gòu)支柱直徑的復(fù)制品。

研究結(jié)果發(fā)表在《納米快報》雜志上。

“我們選擇使用這種蟬的翅膀，因為我們過去的工作證明了它們翅膀上的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)如何提供出色的防水能力。這是一種非常理想的特性，將在許多材料工程應(yīng)用中有用，從飛機(jī)醫(yī)療設(shè)備的翅膀，”伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校昆蟲學(xué)教授瑪麗安·阿萊恩說，她與歐洲陸軍工程兵團(tuán)建筑工程研究實驗室的唐納德·克羅佩克和內(nèi)納德·米利科維奇共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，伊利諾伊州機(jī)械科學(xué)與工程教授。

研究人員說，納米壓印光刻技術(shù)并不新鮮，但可能是勞動密集型且昂貴的。有些方法使用有毒材料，可能會損壞原始復(fù)制對象，如精致的蟬翼。其他需要高溫，與植物或昆蟲等生物樣品不兼容。

作，”Cropek 說。“我們使用指甲油和外用酒精，這不會對精致的機(jī)翼納米結(jié)構(gòu)造成任何損壞。”

在實驗室中，該團(tuán)隊將快干指甲油直接涂在蟬翼上，然后讓它在室溫下固化。

“找到合適的指甲油配方并不容易，因為我們希望避免在去除過程中會翹曲或拉伸模板的一種，”阿萊恩說。完成后，模板可以涂上聚合物或金屬，然后溶解掉，只留下復(fù)制金屬或聚合物。

為了展示新方法的多功能性，該團(tuán)隊試驗了兩種截然不同的復(fù)制材料：銅金屬和一種稱為 PDMS 的柔性硅基有機(jī)聚合物。

“我們證明該技術(shù)與金屬、氧化物或陶瓷的物理氣相沉積和電化學(xué)沉積以及聚合物等較軟材料的化學(xué)氣相沉積和旋涂兼容，”Miljkovic 說。

“銅對我們來說特別有趣，因為它具有固有的抗菌特性，我們過去的工作表明，一些蟬物種在它們的翅膀上表現(xiàn)出抗菌特性，”阿萊恩說。“我們不知道是機(jī)翼表面的化學(xué)物質(zhì)或物理納米結(jié)構(gòu)，還是化學(xué)和形貌的結(jié)合產(chǎn)生了殺菌活性，但能夠生產(chǎn)具有不同化學(xué)和結(jié)構(gòu)的材料將有助于我們回答這個基本問題。這種新的、相對簡單的制造方法最終將幫助我們設(shè)計多功能工程材料。”

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