研究人员报告称受蝉启发的防水表面更接近现实

一个研究昆虫翅膀物理和化学特性的多学科小组已经证明了复制纳米结构的能力，这些纳米结构有助于蝉翼排斥水分并防止细菌在表面滋生。这种使用商业指甲油的新技术既经济又简单，研究人员表示，它将有助于制造未来的高科技防水材料。

该团队使用了一种简化版的制造过程——称为纳米压印光刻——在 Neotibicen pruinosus 翅膀上制作复杂柱状纳米结构的模板，这是一种在欧洲中部地区发现的一年生蝉。研究人员说，这些模板是完全可溶解的，并且可以生产出平均 94.4% 的支柱高度和 106% 的原始机翼或主结构支柱直径的复制品。

研究结果发表在《纳米快报》杂志上。

“我们选择使用这种蝉的翅膀，因为我们过去的工作证明了它们翅膀上的复杂纳米结构如何提供出色的防水能力。这是一种非常理想的特性，将在许多材料工程应用中有用，从飞机医疗设备的翅膀，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校昆虫学教授玛丽安·阿莱恩说，她与欧洲陆军工程兵团建筑工程研究实验室的唐纳德·克罗佩克和内纳德·米利科维奇共同领导了这项研究，伊利诺伊州机械科学与工程教授。

研究人员说，纳米压印光刻技术并不新鲜，但可能是劳动密集型且昂贵的。有些方法使用有毒材料，可能会损坏原始复制对象，如精致的蝉翼。其他需要高温，与植物或昆虫等生物样品不兼容。

作，”Cropek 说。“我们使用指甲油和外用酒精，这不会对精致的机翼纳米结构造成任何损坏。”

在实验室中，该团队将快干指甲油直接涂在蝉翼上，然后让它在室温下固化。

“找到合适的指甲油配方并不容易，因为我们希望避免在去除过程中会翘曲或拉伸模板的一种，”阿莱恩说。完成后，模板可以涂上聚合物或金属，然后溶解掉，只留下复制金属或聚合物。

为了展示新方法的多功能性，该团队试验了两种截然不同的复制材料：铜金属和一种称为 PDMS 的柔性硅基有机聚合物。

“我们证明该技术与金属、氧化物或陶瓷的物理气相沉积和电化学沉积以及聚合物等较软材料的化学气相沉积和旋涂兼容，”Miljkovic 说。

“铜对我们来说特别有趣，因为它具有固有的抗菌特性，我们过去的工作表明，一些蝉物种在它们的翅膀上表现出抗菌特性，”阿莱恩说。“我们不知道是机翼表面的化学物质或物理纳米结构，还是化学和形貌的结合产生了杀菌活性，但能够生产具有不同化学和结构的材料将有助于我们回答这个基本问题。这种新的、相对简单的制造方法最终将帮助我们设计多功能工程材料。”

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