如今,伞已不再是传统意义上仅为遮风挡雨所用,它的家族可谓子孙繁衍,款式众多。但其中最引人注目的是,随着化工科技的发展和人们生活水平的提高,人们对雨伞面料的创新变化而带来对样式、功能追求的不断求新,因此一些多功能、新样式的伞也不断被发明出来。
从伞的面料来看,一般来说伞面是棉、丝、尼龙、黏胶等面料的防紫外线效果较差,而涤纶面料遮阳效果较好,伞面色泽深浅不会影响对紫外线的抵御能力。
说到伞的面料,人们也许要问:雨伞面料是布做的,衣服也是布做的,为什么雨伞可以防雨?那为什么不用雨伞的布来做衣服呢?
你看过荷叶吗?雨水滴到荷叶上,都变成了水珠下滑了;还有鸭子也是这样,看它的毛,长期在水中钻来游去也不会成落汤鸭。原来它们的表面都有一层防水的油保护着。
另外,雨伞的布不漏水,主要靠的是雨伞整体的物理结构,当整个伞面张开的时候,表面物理张力是很大的。就是说伞的面料被很强的拉力拉开,布料每根结构绳之间的间距变得很小,雨滴落在上面,由于雨滴表面的张力,很难透过这样小的孔隙,而伞的大部分地区都有一个斜度,而由于雨滴的重力的斜向分力大于摩擦力,就使得雨滴沿着斜向分力的方向划落。这就是为什么雨伞不漏水的原因。
人们都知道雨伞就是天生用来防水挡雨的,然而,每当下雨天回到屋内或者上了公交车,滴水的雨伞总是有些让人厌烦;特别是当来到大楼或集会场所时,总能见到一大片五彩缤纷的“雨伞阵”,为的就是将雨伞晾干。那么,有没有一种雨伞,上一秒拿来挡雨,下一秒就能塞进包包里,或者直接放在车座或地板上,也完全不用担心会将其弄湿呢?
有。这就是超纳米疏水面料的疏水伞。
这种神奇的超疏水纳米伞的秘密来自两个方面:一方面是超疏水纳米涂层;另一方向是两伞的特殊设计。
超疏水纳米涂层的自清洁原理是基于“荷叶效应”。20世纪90年代,德国波恩大学的植物学家威廉·巴特洛特等人揭示了荷叶表面的结构,发现荷叶的“自洁性”源于其表面的微纳结构。巴特洛特在扫描电子显微镜下看到,荷叶表面是非常粗糙的,布满了微米级的乳突,每个突起上还布满了更小的纳米级的突起,或者说是细毛。这种微纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角,导致水珠随着物体摇摆极易滚动。水珠在超疏水表面上的运动是一个复杂的物理现象,在自清洁过程中起到了一个至关重要的作用:水珠在表面滚动时会带走表面的污染物或污渍、尘土,从而达到自清洁的效果。
为什么这样的“突起状”的结构能产生超强的疏水性呢?这种雨伞的面料中采用的疏水纳米技术,就是在雨伞表面分布一层二氧化硅粒子,形成隔离层。与荷叶类似的原理,在被水珠打湿的荷叶表面,只要轻轻一甩,水珠就会被甩走,而不会将叶子浸湿保持一如既往的干爽。(www.daowen.com)
再一个秘密就是,雨伞通过167度的弧度设计,使用后,只须轻轻一抖就可让落在伞面的水滴,瞬间被全部反弹流走,完全不会渗入伞面内,也不会留下任何被浸湿的痕迹。
在2017年上半年,美国密歇根大学工程学院的研究人员宣布,开发出一种喷涂型可自愈疏水涂层材料,拥有百倍于同类材料的耐用性。创新涂层材料主要应用于表面防水,广泛适用于包括雨具、服装等暴露环境应用场景。
创新涂层由一种被称为“氟化聚氨酯弹性体”的材料与被称为“F-POSS”的特殊疏水分子混合组成。施工简单,可喷涂到几乎任何表面,类似橡胶的质感使其比以往的材料更有弹性。
研究人员发表论文称,涂层拥有数百次损伤后自愈能力。甚至可在被磨损、刮擦、烧烤、离子清洗、平整、超声处理和化学腐蚀后恢复性能。除了物理恢复,涂层还可化学自愈。如果疏水F-POSS分子被从表面刮掉,新的分子将自然地迁移到损伤处以替代他们。这也是涂层能数百次自我更新的主要原因,其自愈能力仅受涂层厚度的限制。当接触角超过150度以后,叶子上的水滴便接近于球形,可以很自如地在叶子上滚动。即使叶子上有了一些脏的东西,也会进入水中被水珠带走。这样接触角非常大的表面,就被称为“超疏水表面”,水在上面形成球状滚动,同时带走上面的污物,这样的表面就具有了“自清洁”的能力了。
水珠在超疏水表面的运动
伞面167。的弧度设计可使水滴流走
因此,科学家们就利用荷叶效应,模仿制造出这种超疏水表面的材料。这就是用疏水的微米或者纳米粒子做成涂料,来产生自清洁涂层。基于“荷叶效应”的纳米涂料问世后,在越来越多的建筑中得到了应用。现在已经有大量的建筑外墙使用了这种涂料,一阵雨下过后,外墙上的灰尘、油污等脏东西随即被雨水带走,达到了高楼大厦自清洁而不用清洗维护的目的。
人们期望,该涂层材料一旦实现商业化,将给仿生纳米超强疏水雨伞锦上添花,人们生活中的雨具更称心如意。
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