Самоочищающиеся поверхности

Самоочищающиеся поверхности представляют собой класс материалов, которым присуща способность удалять с поверхности любой мусор и бактерии различными способами. Функция самоочистки этих поверхностей обычно основана на природных явлениях, наблюдаемых в листьях лотоса , лапах гекконов и водомерках , и это лишь некоторые из них. Большинство самоочищающихся поверхностей можно разделить на три категории:

История

Первый экземпляр самоочищающейся поверхности был создан в 1995 году. ^{[ 1 ]} Пас и др. создал прозрачную пленку диоксида титана (TiO ₂ ), которая использовалась для покрытия стекла и придавала ему способность самоочищаться. Первое коммерческое применение этой самоочищающейся поверхности, Pilkington Activ, было разработано компанией Pilkington Glass в 2001 году. Этот продукт реализует двухэтапный процесс очистки. Первый этап состоит из фотокатализа любых загрязнений на стекле. За этим этапом стекло становится супергидрофильным и позволяет воде смыть катализированный мусор с поверхности стекла. С момента создания самоочищающегося стекла диоксид титана также использовался для создания самоочищающихся наночастиц , которые можно внедрять в поверхности других материалов, чтобы они могли самоочищаться. ^{[ 2 ]}

Характеристики поверхности

Способность поверхности к самоочистке обычно зависит от гидрофобности или гидрофильности поверхности. Независимо от того, очищаете ли вы водные или органические вещества с поверхности, вода играет важную роль в процессе самоочистки. В частности, угол контакта воды с поверхностью является важной характеристикой, которая помогает определить способность поверхности к самоочищению. На этот угол влияет шероховатость поверхности, и для описания «липкости» или смачиваемости самоочищающейся поверхности были разработаны следующие модели.

Модель Янга

Янг и его коллеги предложили модель смачивания Янга, которая связывает угол контакта капли воды с плоской поверхностью с поверхностными энергиями воды, поверхности и окружающего воздуха. Эта модель обычно представляет собой упрощенное представление капли воды на идеально плоской поверхности. Эта модель была расширена и теперь учитывает шероховатость поверхности как фактор прогнозирования угла контакта воды с поверхностью. Модель Янга описывается следующим уравнением:

$cos(\theta _{0})=\left({\frac {\gamma _{SA}-\gamma _{SL}}{\gamma _{LA}}}\right)$ ^{[ 3 ]}

$\theta _{0}$ = Угол контакта воды с поверхностью

$\gamma _{SA}$ = Поверхностная энергия границы раздела поверхность-воздух

$\gamma _{SL}$ = Поверхностная энергия границы раздела поверхность-жидкость

$\gamma _{LA}$ = Поверхностная энергия границы раздела жидкость-воздух

Модель Венцеля

Когда капля воды находится на неплоской поверхности и топографические особенности поверхности приводят к тому, что площадь поверхности превышает площадь идеально плоской версии той же поверхности, модель Венцеля является более точным предсказателем смачиваемости этой поверхности. поверхность. Модель Венцеля описывается следующим уравнением:

$cos(\theta )=R_{f}cos(\theta _{0})$ ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

$\theta$ = Угол контакта воды, предсказанный моделью Венцеля

$R_{f}$ = Отношение площади шероховатой поверхности к площади плоской проекции той же поверхности

Модель Кэсси-Бакстер

Для более сложных систем, которые отражают взаимодействие воды и поверхности в природе, используется модель Кэсси-Бакстера. Эта модель учитывает тот факт, что капля воды может задерживать воздух между собой и поверхностью, на которой она находится. Модель Кэсси-Бакстера описывается следующим уравнением:

$cos(\theta _{CB})=R_{f}cos(\theta _{0})-f_{LA}(R_{f}cos(\theta _{0})+1)$ ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]}

$\theta _{CB}$ = Угол контакта воды, предсказанный моделью Кэсси-Бакстер

$f_{LA}$ = Жидкостно-воздушная фракция, доля капли жидкости, контактирующая с воздухом.

Механизмы

Использование воды

Контроль смачиваемости поверхности является важнейшим аспектом самоочищающихся поверхностей. В качестве самоочищающихся материалов использовались как супергидрофобные, так и супергидрофильные поверхности.

Супергидрофобный

Супергидрофобные поверхности могут быть созданы различными способами, включая плазменное или ионное травление, выращивание кристаллов на поверхности материала и нанолитографию , и это лишь некоторые из них. ^{[ 6 ]} Все эти процессы создают нанотопографические особенности, которые придают поверхности супергидрофобность. Конечная цель разработки супергидрофобных поверхностей — воссоздать свойства самоочищения листа лотоса, который обладает свойственной ему способностью отталкивать всю воду в природе. В основе супергидрофобной самоочистки лежит способность этих поверхностей препятствовать растеканию воды при контакте с поверхностью. Это отражается на угле контакта с водой, приближающемся к 180 градусам. Супергидрофобные самоочищающиеся поверхности также имеют малые углы скольжения, что позволяет легко удалять воду, скопившуюся на поверхности, обычно под действием силы тяжести. Хотя супергидрофобные поверхности отлично подходят для удаления любого мусора на водной основе, эти поверхности, вероятно, не смогут очистить другие типы загрязнений, такие как масло.

Супергидрофильный

Супергидрофильность позволяет очищать поверхности от самых разных загрязнений и мусора. Этот механизм сильно отличается от вышеупомянутых супергидрофобных поверхностей. Для супергидрофильных самоочищающихся поверхностей очистка происходит потому, что вода на поверхности способна в значительной степени распространяться (чрезвычайно низкий угол контакта воды), проникая между любым загрязняющим мусором и поверхностью и смывая мусор.

Фотокатализ

Один из наиболее часто используемых продуктов самоочистки, диоксид титана , использует уникальный механизм самоочистки, который сочетает в себе начальный фотокаталитический этап и последующую супергидрофильность. Покрытие из диоксида титана, обычно на стеклянных окнах, под воздействием ультрафиолета генерирует свободные электроны, которые взаимодействуют с кислородом и водой в воздухе, создавая свободные радикалы. Эти свободные радикалы, в свою очередь, разрушают любые загрязняющие органические вещества, отложившиеся на поверхности стекла. Диоксид титана также превращает обычно гидрофобное стекло в супергидрофильную поверхность. Таким образом, при выпадении дождя вместо того, чтобы вода скапливалась на поверхности окна и мгновенно падала по стеклу, капли дождя будут быстро растекаться по гидрофильной поверхности. Затем вода будет стекать по поверхности окна в виде пленки, а не капли, по сути действуя как скребок для удаления поверхностного мусора.

Джоулево отопление

Было показано, что нагрев поверхностей путем пропускания тока через проводящую прозрачную пленку отталкивает и удаляет загрязнения. Его использовали в струйных принтерах для уменьшения загрязнения чернилами окон датчиков. ^{[ 7 ]}

Электрический занавес

Очистка поверхностей в условиях отсутствия воды была непростой задачей. Устройства с электрическими завесами были разработаны для удаления частиц путем создания электрических полей на поверхности и уноса частиц благодаря их заряженной природе. Его использовали в солнечных батареях, а также в 3D-принтерах. ^{[ 8 ]}

На природе

Растения

Лист лотоса

Цветок лотоса известен как символ чистоты в некоторых азиатских культурах. ^{[ 9 ]} Листья лотоса (Nelumbo nucifera) обладают водоотталкивающими свойствами и плохо прилипают, что предохраняет их от загрязнения даже при погружении в грязную воду. Эта способность, называемая самоочищением, защищает растение от грязи и патогенов и играет жизненно важную роль в обеспечении устойчивости к вторжению микробов. Действительно, многочисленные споры и конидии патогенных форм жизни, главным образом грибов, для прорастания нуждаются в воде и при первых же признаках воды портят листья. ^{[ 10 ]} Было диковинкой, как цветок лотоса мог оставаться чистым даже в мутной воде, пока немецкие ботаники Бартлотт и Найнхейс не открыли уникальную двойную структуру листьев с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Клетки папиллозного эпидермиса покрывают внешнюю поверхность растения, особенно лист. Эти клетки образуют сосочки или микровыступы, которые делают поверхность очень шероховатой. На поверхность сосочков поверх микрошероховатостей накладываются наноразмерные неровности, состоящие из трехмерных (3-D) гидрофобных углеводородов: эпикутикулярных восков. По сути, кутикула растения представляет собой композитный материал, состоящий из сети кутина и восков с низкой поверхностной энергией, расположенных на разных иерархических уровнях. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} Разнообразная выровненная поверхность листьев лотоса состоит из выпуклых клеток (выглядит как бугорки) и гораздо меньшего слоя восковых трубочек. ^{[ 16 ]} Капельки воды на листьях растений располагаются на вершине наноструктур, поскольку воздух заключен в долине выпуклых ячеек, что сводит к минимуму площадь контакта капель воды. Следовательно, листья лотоса обладают замечательной супергидрофобностью. Статический угол контакта и гистерезис угла контакта листа лотоса определены около 164° и 3° соответственно. ^{[ 17 ]} При небольших углах наклона капли воды на створке скатываются и увлекают за собой грязь и загрязнения, что приводит к самоочистке. ^{[ 18 ]} Способность капель образовываться и скатываться зависит не только от гидрофобности, но и от гистерезиса угла смачивания .

В мире растений лист лотоса — не единственный пример природных супергидрофобных поверхностей. Например, было обнаружено, что листья таро (Colocasia esculenta) также обладают способностью самоочищаться. ^{[ 19 ]} Они имеют бинарную шероховатость, созданную эллиптическими выступами диаметром в среднем 10 мкм и штифтами наноразмера. Листья индийской канны (Cannageneralis Bailey) и листья риса (независимо от сорта риса) также обладают супергидрофобностью, возникающей из-за иерархической морфологии поверхности. ^{[ 20 ]}

Непентес кувшинное растение

Плотоядный кувшин Непентес . , распространенный во многих странах, таких как Индия, Индонезия, Малайзия и Австралия, обладает супергидрофильной поверхностью, на которой угол смачивания приближается к нулю, что создает равномерную водную пленку Поэтому повышается скользкость поверхности и добыча соскальзывает с ее краев (перистома). ^{[ 21 ]} Рельеф поверхности края Непентеса демонстрирует многомасштабные радиальные хребты. Гребни второго порядка довольно малы по размеру и образованы прямыми рядами перекрывающихся клеток эпидермиса. Поверхность клеток эпидермиса гладкая и не содержит воска. Отсутствие кристаллов воска и микроскопическая шероховатость усиливают гидрофильность и капиллярные силы, при этом вода может быстро смачивать поверхность обода. ^{[ 22 ]}

Животные

Крылья бабочки

Крылья бабочки обладают не только ультрагидрофобными свойствами, но и направленными адгезионными свойствами. Если капелька воды расположена в радиальном направлении наружу (RO) от центральной оси корпуса, она скатывается и смывает грязь, что приводит к самоочистке. С другой стороны, если капли стоят в противоположном направлении, они прикрепляются к поверхности, что приводит к слипанию и обеспечению стабильности полета бабочки, предотвращая отложение грязи на крыльях вблизи центра тела. СЭМ-микрофотографии крыльев демонстрируют иерархию в направлении обратного осмоса, возникающую из совмещенных микроканавок, покрытых тонкими нанополосками, укладывающими друг на друга ламели. ^{[ 23 ]}

Водомерки ( Gerris remigis )

Водомерки ( Gerris remigis ) , которых чаще всего называют жуками Иисуса, обладают необычайными способностями, позволяющими им ходить по воде. Подобно супергидрофобным растениям, их ножки обладают сильными водоотталкивающими свойствами благодаря своей иерархической морфологии. Они построены из гидрофобных восковых микроволосков, микрощетинок, каждый волосок покрыт нанобороздками. В результате воздух захватывается между микро- и нановолосками, что отталкивает воду. ^{[ 24 ]} Фэн и др. измерили, насколько глубоко нога может погрузиться в воду, и угол контакта ноги. Они обнаружили, что угол контакта составляет не менее 168 °, а максимальная глубина составляет 4,38 ± 0,02 мм. ^{[ 25 ]}

Ноги геккона

Ноги гекконов — самый известный механизм обратимого сцепления в природе. Способность ног не обрастать позволяет гекконам бегать по пыльным потолкам и углам, не накапливая грязь на ногах. В 2000 году Отем и др. выявил причину сильной адгезии гекконов, исследуя особенности поверхности пальцев ног под электронным микроскопом. ^{[ 26 ]} Они наблюдали иерархическую морфологию каждой стопы, состоящей из миллионов маленьких волосков, называемых щетинками. При этом каждая щетинка состоит из более мелких волосков, а хвост каждого волоска закреплен плоской лопаточкой, и эти лопаточки связаны силами Ван-дер-Ваальса. Эта особенность поверхности, независимо от типа поверхности (гидрофобная, гидрофильная, сухая, влажная, шероховатая и т. д.), позволяет гекконам прилипать к поверхности. Помимо сильной адгезии, лапка геккона обладает уникальным свойством самоочищения, которое не требует воды, как лист лотоса. ^{[ 27 ]}

Кожа акулы

Акулья кожа – еще один пример необрастающих, самоочищающихся поверхностей с низкой адгезией. Эта гидрофобная поверхность позволяет акулам быстро маневрировать в воде. Кожа акулы состоит из периодически расположенных дермальных зубчиков ромбовидной формы, на которые наложены треугольные ребрышки. ^{[ 28 ]}

Изготовление и характеристика

Для изготовления синтетических самоочищающихся поверхностей существуют различные методы. ^{[ 10 ]} используется для получения желаемой нанотопографии, а затем для характеристики наноструктуры поверхности и смачиваемости.

Стратегии шаблонизации

При создании шаблонов используется форма для придания наноструктуры полимеру. ^{[ 29 ]} Плесень может возникать из различных источников, включая природные источники, такие как листья лотоса, из-за их свойств самоочищения.

Нанокастинг

Нанолитье — это метод, основанный на мягкой литографии , в котором используются эластомерные формы для создания наноструктурированных поверхностей. Например, полидиметилсилоксан (ПДМС) наносили на лист лотоса и использовали для изготовления негативного шаблона ПДМС. Затем ПДМС покрывали антипригарным монослоем триметилхлорсилана и использовали для получения положительной матрицы ПДМС из первой. Поскольку естественная структура листа лотоса обеспечивает выраженную способность к самоочищению, этот метод шаблонирования смог воспроизвести наноструктуру, в результате чего смачиваемость поверхности аналогична смачиваемости листа лотоса. ^{[ 30 ]} Кроме того, простота этой методологии позволяет перейти к массовому тиражированию наноструктурированных поверхностей.

Отпечаток нанолитографии

В импринтной нанолитографии также используются шаблоны, прижимающие твердую форму к полимеру при температуре, превышающей температуру стеклования полимера (Tg). Таким образом, движущими силами этого типа изготовления являются тепло и высокое давление. ^{[ 29 ]} Для печати на полистироле использовались пористые шаблоны, состоящие из алюминия с анодированным оксидом алюминия (твердая форма). Для этого полистирол нагревали значительно выше температуры Tg до 130 градусов по Цельсию и прижимали к шаблону. Затем шаблон был удален путем растворения алюминия и создания поверхности либо нанотиснения, либо нановолокна. Увеличение соотношения сторон нановолокон нарушило однородный шестиугольный рисунок и заставило волокна образовывать пучки. В конечном итоге самые длинные нановолокна привели к наибольшей шероховатости поверхности, что значительно снизило смачиваемость поверхности. ^{[ 31 ]}

Капиллярная нанолитография

Подобно импринтной нанолитографии, капиллярная нанолитография использует эластомерную форму с рисунком. Однако вместо использования высокого давления, когда температура поднимается выше Tg, капиллярные силы позволяют полимеру заполнить пустоты внутри формы. Су и Джон использовали формы из полиуретанакрилата (PUA). Их поместили на водорастворимый полимер полиэтиленгликоль (ПЭГ), покрытый центрифугированием, температура которого превышала Tg ПЭГ. Это исследование показало, что добавление нанотопографии увеличивает контактный угол, и это увеличение зависело от высоты нанотопографии. ^{[ 32 ]} Часто этот метод создает мениск на кончике выступающей наноструктуры, характерной для капиллярного действия. ^{[ 33 ]} Позже плесень можно растворить. ^{[ 29 ]} Также используются подходы комбинаторной литографии. В одном исследовании использовалась капиллярность для заполнения форм из ПДМС ПУА, сначала частично отверждая полимерную смолу ультрафиолетовым светом. После того, как микроструктуры были сформированы, для изготовления наноструктур было применено давление, и снова использовалось УФ-отверждение. Это исследование является хорошим примером использования иерархических структур для повышения гидрофобности поверхности. ^{[ 34 ]}

Фотолитография или рентгеновская литография

Фотолитография и рентгеновская литография использовались для травления подложек, часто кремниевых. ^{[ 35 ]} На подложку наносится резист или светочувствительный материал. Поверх резиста наносится маска, которая часто состоит из золота или других соединений, поглощающих рентгеновские лучи. Область, подвергающаяся воздействию света, либо становится растворимой в проявителе фоторезиста (например, радикальных частиц), либо нерастворимой в проявителе фоторезиста (например, сшитых частиц), что в конечном итоге приводит к образованию узорчатой поверхности. Источники рентгеновского излучения предпочтительнее источников УФ-видимого света, поскольку более короткие длины волн позволяют создавать более мелкие детали.

Другие стратегии изготовления

Плазменная обработка

Плазменная обработка поверхностей представляет собой по сути сухое травление поверхности. Это достигается за счет заполнения камеры газом, например кислородом, фтором или хлором, и ускорения ионов из источника ионов через плазму. Ускорение ионов по направлению к поверхности образует глубокие канавки внутри поверхности. В дополнение к топографии, плазменная обработка также может обеспечить функционализацию поверхности за счет использования различных газов для нанесения различных элементов на поверхности. ^{[ 29 ]} Шероховатость поверхности зависит от продолжительности плазменного травления. ^{[ 36 ]}

Химическое осаждение

Обычно при химическом осаждении используются жидкие или паровые фазы для нанесения неорганических материалов или галогенидов на поверхности в виде тонких пленок. ^{[ 37 ]} Реагенты поставляются в соответствующих стехиометрических количествах для реакции на поверхности. Типы химического осаждения включают химическое осаждение из паровой фазы , химическое осаждение в ванне и электрохимическое осаждение. Эти методологии позволяют создавать тонкие кристаллические наноструктуры. ^{[ 29 ]} Например, кристаллические поверхности гидроксида кобальта типа брусита были получены методом химического осаждения в ванне и покрыты лауриновой кислотой. Эти поверхности имели отдельные кончики нановолокон диаметром 6,5 нм, в результате чего угол контакта достигал 178 градусов. ^{[ 38 ]}

Методы определения характеристик поверхности

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

СЭМ используется для изучения морфологии изготовленных поверхностей, что позволяет сравнивать натуральные поверхности. ^{[ 18 ]} с синтетическим покрытием. Размер нанотопографии можно измерить. ^{[ 38 ]}^{[ 35 ]} Чтобы подготовить образцы для СЭМ, поверхности часто покрывают напылением платины, золота/палладия или серебра, что уменьшает повреждение образца и зарядку, а также улучшает разрешение по краям.

Угол контакта

Как описано выше, угол контакта используется для характеристики смачиваемости поверхности. Капля растворителя, обычно воды для гидрофобных поверхностей, помещается перпендикулярно поверхности. Каплю визуализируют и измеряют угол между границами раздела твердое тело/жидкость и жидкость/пар. Образцы считаются супергидрофобными , если угол смачивания превышает 150 градусов. ^{[ 9 ]} Обратитесь к разделу, посвященному моделям Венцеля и Кэсси-Бакстера, для получения информации о различном поведении капель на топографических поверхностях. Чтобы капли эффективно катились по супергидрофобной поверхности, гистерезис угла смачивания важным фактором является . Низкий уровень гистерезиса угла смачивания усилит эффект самоочищения супергидрофобной поверхности.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Атомно-силовая микроскопия применяется для изучения локальной шероховатости и механических свойств поверхности. АСМ также используется для характеристики адгезионных и фрикционных свойств супергидрофобных поверхностей с микро- и нано-узорами. Результаты можно использовать для подбора кривой к топографии поверхности и определения радиуса кривизны наноструктур. ^{[ 39 ]}

Биомиметические синтетические поверхности

Биомимикрия — это имитация или мимикрия биологических систем, моделей или структур в синтетических областях. Зачастую биологические материалы могут создавать структуры, свойства и качества которых намного превосходят возможности синтетических материалов. Биомимикрия используется для создания сопоставимых свойств синтетических материалов, особенно смачиваемости и способности самоочищающихся поверхностей.

Супергидрофобные биомиметические поверхности

Существует несколько биологических поверхностей, которые обладают супергидрофобными свойствами, намного превосходящими любые синтетические материалы: листья лотоса, листья риса, крылья цикадий и крылья бабочки.

Лист лотоса

Исследователи использовали углеродные нанотрубки (УНТ), чтобы имитировать сосочки листьев лотоса . Нанолеса УНТ можно создавать с помощью методов химического осаждения из паровой фазы. ^{[ 40 ]} УНТ можно наносить на поверхность, чтобы изменить угол контакта с водой. Лау и др. создали вертикальные леса из УНТ с покрытием из политетрафторэтилена (ПТФЭ), которое было одновременно стабильным и супергидрофобным, с углами смачивания при наступлении и отступлении 170° и 160°. ^{[ 41 ]} Юнг и Бхушан создали супергидрофобную поверхность, покрыв УНТ эпоксидной смолой распылением. ^{[ 42 ]} Было показано, что расстояние и расположение УНТ влияют на степень гидрофобности поверхности. Сан и др. обнаружили, что УНТ, расположенные вертикально на среднем расстоянии друг от друга, обладают лучшими гидрофобными свойствами. ^{[ 43 ]} Маленькие и большие расстояния демонстрируют повышенное растекание капель, а горизонтальная ориентация может даже проявлять гидрофильные свойства.

Стеклянные шарики из кварцевого стекла в эпоксидной смоле, ^{[ 44 ]} и электрохимическое осаждение золота в дендритные структуры. ^{[ 43 ]} также создала синтетические биомиметические поверхности, похожие на листья лотоса.

Рисовые листья

Углеродные нанотрубки также использовались для создания поверхностей, похожих на листья риса. ^{[ 43 ]} Подобно листу лотоса, иерархическая структура обеспечивает гидрофобность рисового листа. ^{[ 40 ]} В отличие от листа лотоса, листья риса имеют анизотропную структуру. ^{[ 45 ]} Когда УНТ изготавливаются так, чтобы имитировать рисунок сосочков рисовых листьев, угол контакта должен различаться вдоль направления УНТ или перпендикулярно ему. Сан и др. наблюдалось анизотропное высушивание этой пленки УНТ. ^{[ 43 ]} Затем они выдвинули гипотезу и протестировали трехмерный анизотропный массив УНТ, который фактически демонстрировал анизотропное высыхание в зависимости от расстояния между УНТ. ^{[ 46 ]}

Крыло Цикадии

Крылья цикадий имеют поверхность из плотно упакованных гексагональных наностолбиков, которые, как было показано, обладают свойствами самоочищения. ^{[ 40 ]} Было показано, что матрицы кремнезема с наноструктурным рисунком, изготовленные по аналогичному шаблону, обладают гидрофобными, антибликовыми и самоочищающимися свойствами. ^{[ 40 ]}^{[ 47 ]} Эти массивы кремнезема начинаются с неплотноупакованных монослоев и формируются в результате серии стадий травления, включающих травление ионами, реагирующими с хлором и кислородом, и промывку плавиковой кислотой. ^{[ 40 ]} Эти свойства подразумевают, что этот рисунок поверхности может оказаться полезным в солнечных батареях . ^{[ 40 ]} Биомиметические материалы на основе крыла цикадии также изготавливаются из пленок политетрафторэтилена на углеродно-эпоксидных подложках, обработанных пучками ионов аргона и кислорода. ^{[ 48 ]} Поверхность с рисунком наноимпринта на основе крыльев цикадий была получена путем электрохимического шаблонирования алюминиевого листа с оксидом алюминия и использования этого шаблона для создания рисунка на полимерной поверхности. ^{[ 31 ]}

Крыло бабочки

Крылья бабочки также обладают анизотропными самоочищающимися и супергидрофобными свойствами. Крылья бабочки демонстрируют анизотропию на одномерном уровне по сравнению с другими биологическими материалами, которые демонстрируют анизотропию на двухмерном уровне. ^{[ 40 ]} Крылья бабочки состоят из перекрывающихся слоев чешуек, обладающих лучшими свойствами самоочищения в радиальных направлениях. ^{[ 40 ]} Этот анизотропный интерфейс, по моему мнению, важен для интерфейсов, управляемых жидкостью. ^{[ 40 ]} Слои оксида алюминия, созданные по образцу оригинального крыла бабочки, были использованы для имитации структуры и свойств крыльев бабочки. ^{[ 49 ]} Кроме того, структуры, имитирующие крылья бабочки, использовались для изготовления фотоанодов из диоксида титана в анатазе. ^{[ 50 ]} Структуры крыльев бабочек также изготавливались с использованием послойного золь-гель напыления. ^{[ 51 ]} и мягкая литография. ^{[ 28 ]}

Ноги геккона

Ноги гекконов гидрофобны, но это не единственное свойство, способствующее их самоочищению. Эстрада и Лин создали нановолокна из полипропилена, полиэтилена и поликапролактона, используя пористый шаблон. ^{[ 52 ]} Было показано, что такая геометрия нановолокон самоочищается при размерах волокон 5, 0,6 и 0,2 микрона. ^{[ 52 ]} Однако сама по себе гидрофобная поверхность не объясняет постоянную чистоту подушечек пальцев геккона, даже в сухой среде, где нет воды для самоочищения. Такое загрязнение является распространенной проблемой для обратимых клеев, созданных по образцу подушечек пальцев геккона. Пальцевое переразгибание, или движение пальца ноги при каждом шаге геккона, способствует самоочищению. ^{[ 53 ]} Поверхность или система, имитирующая этот динамический процесс самоочистки, еще не разработана.

Гидрофильные биомиметические поверхности

Раковина улитки

Изображения FE-SEM иерархической синтетической пленки ZnO. Иерархическая структура этой конкретной пленки делает ее более гидрофильной. Другие биомиметические поверхности создаются с аналогичной структурой для контроля свойств смачиваемости. Увеличение: (а) ×800, (б) ×20000, (в) ×40000, (г) ×80000.

Раковина улитки представляет собой арагонит-белковый композит с иерархической бороздчатой структурой. ^{[ 40 ]} Равномерная шероховатость структуры создает гидрофильную структуру: тонкий слой воды, удерживаемый на поверхности, не позволяет маслу прилипать к раковине улитки, тем самым сохраняя раковину чистой. Эти свойства поверхности раковины улитки вдохновили корпорацию INAX на использование подобных рисунков поверхности на керамической плитке и керамических конструкциях, которая применяет эти методы на кухнях и ванных комнатах. ^{[ 40 ]}

Рыбья чешуя

Рыбья чешуя представляет собой композиты фосфата кальция, покрытые слоем слизи. ^{[ 40 ]} Свойства рыбьей чешуи имитируются полиакриламидными гидрогелями, которые одновременно гидрофильны и имитируют удержание воды слизью. ^{[ 40 ]} Кроме того, рыбья чешуя использовалась в качестве шаблона для техники литья, а также в качестве модели для методов литографии и химического травления на кремниевых пластинах, которые продемонстрировали олеофобные углы контакта масла в воде 163° и 175° соответственно. ^{[ 40 ]}^{[ 54 ]}

Кожа акулы

Были изготовлены отлитые и подвергнутые лазерной абляции копии кожи акулы, которые оказались олеофобными в воде. В отлитых репликах используется негатив, изготовленный из поливинилсилоксанового стоматологического воска, а позитивная реплика — из эпоксидной смолы. ^{[ 55 ]} Эти копии также показали, что структура кожи акулы уменьшает сопротивление жидкости, вызванное турбулентным потоком. Гидродинамические свойства акульей кожи были имитированы в купальниках, морской и аэрокосмической промышленности. ^{[ 40 ]}

Супергидрофильные биомиметические поверхности

Кувшинный завод

Вонг и др. разработала поверхность, вдохновленную системой кувшинного завода. ^{[ 56 ]} Эта поверхность, получившая название «скользкие пористые поверхности, пропитанные жидкостью» (SLIPS), представляет собой микро- или нанопористую подложку, на которой смазочная жидкость зафиксирована на месте. Чтобы система работала, смазочная жидкость должна полностью смачивать подложку, твердое вещество должно быть предпочтительно смачивано смазывающей подложкой по сравнению с отталкивающей подложкой, а смазывающая и проникающая жидкость должны быть несмешивающимися. Хотя концепция SLIPS была биомиметична кувшинному растению, оно не является супергидрофильным с углом контакта 116°, хотя и отталкивает кровь и масло. ^{[ 56 ]}

Ссылки

^ Пас, Ю.; Луо, З.; Рабенберг, Л.; Хеллер, А. (1 ноября 1995 г.). «Фотоокислительные самоочищающиеся прозрачные пленки диоксида титана на стекле». Журнал исследования материалов . 10 (11): 2842–2848. Бибкод : 1995JMatR..10.2842P . дои : 10.1557/JMR.1995.2842 . ISSN 2044-5326 . S2CID 138230137 .
^ Шен, Вэйго; Чжан, Чуан; Ли, Цю; Чжан, Вэньшэн; Цао, Лю; Е, Цзяюань (15 января 2015 г.). «Приготовление фотокаталитического самоочищающегося бетона, модифицированного наночастицами диоксида титана». Журнал чистого производства . 87 : 762–765. дои : 10.1016/j.jclepro.2014.10.014 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Сюй, Цюань; Чжан, Венвэнь; Донг, Ченбо; Шрипрасад, Теруваккаттил Шринивасан; Ся, Чжэньхай (01 сентября 2016 г.). «Биомиметические самоочищающиеся поверхности: синтез, механизм и применение» . Журнал интерфейса Королевского общества . 13 (122): 20160300. doi : 10.1098/rsif.2016.0300 . ISSN 1742-5689 . ПМК 5046942 . ПМИД 27628170 .
^ Венцель, Роберт Н. (1 августа 1936 г.). «Сопротивление твердых поверхностей смачиванию водой». Промышленная и инженерная химия . 28 (8): 988–994. дои : 10.1021/ie50320a024 . ISSN 0019-7866 .
^ Кэсси, Британская Колумбия; Бакстер, С. (1 января 1944 г.). «Смачиваемость пористых поверхностей». Труды Фарадеевского общества . 40 : 546. дои : 10.1039/tf9444000546 . ISSN 0014-7672 .
^ Роуч, Пол; Ширклифф, Нил Дж.; Ньютон, Майкл И. (22 января 2008 г.). «Прогресс в разработке супергидрофобной поверхности». Мягкая материя . 4 (2): 224–240. Бибкод : 2008SMat....4..224R . дои : 10.1039/B712575P . ISSN 1744-6848 . ПМИД 32907233 .
^ Ноян, Мехмет А.; Гийо, Дени; Прунери, Валерио (26 октября 2016 г.). «Функционализированные прозрачные поверхности с улучшенной самоочисткой от чернильного аэрозольного загрязнения» . Передовые технологии материалов . 2 (1): 1600113. doi : 10.1002/admt.201600113 . hdl : 2117/103886 . ISSN 2365-709X . S2CID 59448880 .
^ Самоочищающиеся оптические поверхности для струйной и 3D-печати.
^ Перейти обратно: ^а ^б Ян, ГГ; Гао, Н.; Бартлотт, В. (12 декабря 2011 г.). «Имитация естественных супергидрофобных поверхностей и понимание процесса смачивания: обзор недавнего прогресса в подготовке супергидрофобных поверхностей». Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 169 (2): 80–105. дои : 10.1016/j.cis.2011.08.005 . ПМИД 21974918 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (01 января 2011 г.). «Натуральные и биомиметические искусственные поверхности для супергидрофобности, самоочищения, низкой адгезии и снижения сопротивления» . Прогресс в материаловедении . 56 (1): 1–108. дои : 10.1016/j.pmatsci.2010.04.003 .
^ Самаха, Мохамед А.; Гад-эль-Хак, Мохамед (30 апреля 2014 г.). «Полимерные скользкие покрытия: природа и применение» . Полимеры . 6 (5): 1266–1311. дои : 10.3390/polym6051266 .
^ Лафума, Орели; Кере, Дэвид (2003). «Супергидрофобные состояния». ПриродныеМатериалы . 2 (7): 457–460. Бибкод : 2003NatMa...2..457L . дои : 10.1038/nmat924 . ПМИД 12819775 . S2CID 19652818 .
^ Кох, Керстин; Бхушан, Бхарат; Бартлотт, Вильгельм (1 февраля 2009 г.). «Многофункциональные поверхностные структуры растений: вдохновение для биомиметики». Прогресс в материаловедении . 54 (2): 137–178. дои : 10.1016/j.pmatsci.2008.07.003 .
^ Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (2006). «Микро- и наномасштабная характеристика гидрофобных и гидрофильных поверхностей листьев». Нанотехнологии . 17 (11): 2758–2772. Бибкод : 2006Nanot..17.2758B . дои : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 .
^ Бертон, Закари; Бхушан, Бхарат (1 июня 2006 г.). «Характеристика поверхности, а также адгезионные и фрикционные свойства гидрофобных поверхностей листьев». Ультрамикроскопия . Материалы Седьмой Международной конференции по сканирующей зондовой микроскопии, сенсорам и наноструктурам. Материалы Седьмой международной конференции по сканирующей зондовой микроскопии, сенсорам и наноструктурам. 106 (8–9): 709–719. дои : 10.1016/j.ultramic.2005.10.007 . ПМИД 16675115 .
^ Кох, Керстин; Бхушан, Бхарат; Бартлотт, Вильгельм (10 сентября 2008 г.). «Разнообразие строения, морфологии и увлажнения поверхности растений». Мягкая материя . 4 (10): 1943. Бибкод : 2008SMat....4.1943K . дои : 10.1039/b804854a . ISSN 1744-6848 .
^ Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че; Кох, Керстин (13 мая 2009 г.). «Микро-, нано- и иерархические структуры для супергидрофобности, самоочищения и низкой адгезии». Философские труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 367 (1894): 1631–1672. Бибкод : 2009RSPTA.367.1631B . дои : 10.1098/rsta.2009.0014 . ISSN 1364-503X . ПМИД 19376764 . S2CID 23334474 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Найнхейс, К.; Бартлотт, В. (1 июня 1997 г.). «Характеристика и распространение водоотталкивающих, самоочищающихся поверхностей растений» . Анналы ботаники . 79 (6): 667–677. дои : 10.1006/anbo.1997.0400 . ISSN 0305-7364 .
^ Бартлотт, В.; Найнхейс, К. (1 апреля 1997 г.). «Чистота священного лотоса, или избавление от загрязнения биологических поверхностей». Планта . 202 (1): 1–8. дои : 10.1007/s004250050096 . ISSN 0032-0935 . S2CID 37872229 .
^ Го, Чжигуан; Лю, Вэйминь (1 июня 2007 г.). «Биомимика из листьев супергидрофобных растений в природе: бинарная структура и унитарная структура». Наука о растениях . 172 (6): 1103–1112. doi : 10.1016/j.plantsci.2007.03.005 .
^ Бон, Хольгер Ф.; Федерле, Уолтер (28 сентября 2004 г.). «Аквапланирование насекомых: кувшинчатые растения непентеса захватывают добычу с помощью перистома, полностью смачиваемой и смазываемой водой анизотропной поверхности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (39): 14138–14143. дои : 10.1073/pnas.0405885101 . ISSN 0027-8424 . ПМК 521129 . ПМИД 15383667 .
^ Бауэр, Ульрика; Графе, Т. Ульмар; Федерле, Вальтер (01 июня 2011 г.). «Доказательства альтернативных стратегий отлова двух форм кувшинчатого растения Nepenthes rafflesiana» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (10): 3683–3692. дои : 10.1093/jxb/err082 . ISSN 0022-0957 . ПМК 3130184 . ПМИД 21459766 .
^ Чжэн, Юнмей; Гао, Сюэфэн; Цзян, Лэй (23 января 2007 г.). «Направленная адгезия супергидрофобных крыльев бабочки». Мягкая материя . 3 (2): 178–182. Бибкод : 2007SMat....3..178Z . дои : 10.1039/b612667g . ISSN 1744-6848 . ПМИД 32680261 . S2CID 98257916 .
^ Гао, Сюэфэн; Цзян, Лей (2004). «Биофизика: Водоотталкивающие ноги водомерок» . Природа . 432 (7013): 36. Бибкод : 2004Natur.432...36G . дои : 10.1038/432036a . ПМИД 15525973 .
^ Фэн, Си-Цяо; Гао, Сюэфэн; Ву, Зиню; Цзян, Лей; Чжэн, Цюань-Шуй (1 апреля 2007 г.). «Превосходная водоотталкивающая способность ног водомерок с иерархической структурой: эксперименты и анализ». Ленгмюр . 23 (9): 4892–4896. дои : 10.1021/la063039b . ISSN 0743-7463 . ПМИД 17385899 .
^ Фулл, Роберт Дж.; Осень, Келлар; Лян, Ичин А.; Се, С. Тоня; Зеш, Вольфганг; Чан, Вай Панг; Кенни, Томас В.; Опасаясь, Рональд (2000). «Сила сцепления одного волоса на ноге геккона». Природа . 405 (6787): 681–685. Бибкод : 2000Natur.405..681A . дои : 10.1038/35015073 . ПМИД 10864324 . S2CID 4430651 .
^ Осень, Келлар; Ситти, Метин; Лян, Ичин А.; Питти, Энн М.; Хансен, Венди Р.; Спонберг, Саймон; Кенни, Томас В.; Боясь, Рональд; Исраэлачвили, Джейкоб Н. (17 сентября 2002 г.). «Доказательства ван-дер-ваальсовой адгезии в щетинках геккона2» . Труды Национальной академии наук . 99 (19): 12252–12256. дои : 10.1073/pnas.192252799 . ISSN 0027-8424 . ПМК 129431 . ПМИД 12198184 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бикслер, Грегори Д.; Бхушан, Бхарат (23 октября 2012 г.). «Биоинспирированные структуры поверхности рисовых листьев и крыльев бабочки, сочетающие в себе эффекты кожи акулы и лотоса». Мягкая материя . 8 (44): 11271. Бибкод : 2012SMat....811271B . дои : 10.1039/c2sm26655e . ISSN 1744-6848 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ли, Сюэ-Мэй; Рейнхудт, Дэвид; Крего-Калама, Мерседес (10 июля 2007 г.). «Что нужно для супергидрофобной поверхности? Обзор последних достижений в получении супергидрофобных поверхностей». Обзоры химического общества . 36 (8): 1350–68. дои : 10.1039/b602486f . ISSN 1460-4744 . ПМИД 17619692 .
^ Ю, Чэнь, Юн (01 сентября 2005 г. Сунь, Маньхуэй; Сюй, Лупин ; Цзи, Оуян, Ци ; ) . 8978–8981 номер : 10.1021/ . la050316q 0743-7463 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ли, Ву; Джин, Ми-Кён; Ю, Вон Чхоль; Ли, Джин-Гю (1 августа 2004 г.). «Наноструктурирование полимерной подложки с четко определенной топографией нанометрового масштаба и заданной смачиваемостью поверхности». Ленгмюр . 20 (18): 7665–7669. дои : 10.1021/la049411+ . ISSN 0743-7463 . ПМИД 15323517 .
^ Эх, Кап Ю.; Джон, Сангён (1 июля 2005 г.). «Контроль смачиваемости поверхностей полиэтиленгликоля методом капиллярной литографии». Ленгмюр . 21 (15): 6836–6841. дои : 10.1021/la050878 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 16008394 .
^ Г., Бакнелл, Дэвид (1 января 2005 г.). Техники нанолитографии и нанесения рисунка в микроэлектронике . Паб Вудхед. ISBN 978-1-84569-090-8 . OCLC 62711107 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Чон, Хун Ый; Ли, Джин-Кван; Ким, Хон Нам; Мун, Санг Хып; Су, Кап Ю. (7 апреля 2009 г.). «Непереносящий сухой клей с иерархическими полимерными нановолосами» . Труды Национальной академии наук . 106 (14): 5639–5644. Бибкод : 2009PNAS..106.5639J . дои : 10.1073/pnas.0900323106 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2667085 . ПМИД 19304801 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Фюрстнер, Райнер; Бартлотт, Вильгельм; Найнхейс, Кристоф; Уолцель, Питер (01 февраля 2005 г.). «Смачивающие и самоочищающиеся свойства искусственных супергидрофобных поверхностей». Ленгмюр: Журнал поверхностей и коллоидов ACS . 21 (3): 956–961. дои : 10.1021/la0401011 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 15667174 .
^ Минько, Сергей; Мюллер, Маркус; Моторнов Михаил; Ничке, Мирко; Грундке, Карина; Штамм, Манфред (1 апреля 2003 г.). «Двухуровневые структурированные самоадаптивные поверхности с обратимо настраиваемыми свойствами». Журнал Американского химического общества . 125 (13): 3896–3900. дои : 10.1021/ja0279693 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 12656624 .
^ Самоочищающиеся покрытия, редактор: Джунху Хэ, Королевское химическое общество, Кембридж, 2017, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-399-1
^ Перейти обратно: ^а ^б Хосоно, Эйдзи; Фудзихара, Синобу; Хонма, Итару; Чжоу, Хаошэнь (01 октября 2005 г.). «Супергидрофобная перпендикулярная нанопиновая пленка, полученная методом снизу вверх». Журнал Американского химического общества . 127 (39): 13458–13459. дои : 10.1021/ja053745j . ISSN 0002-7863 . ПМИД 16190684 .
^ Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (2006). «Микро- и наномасштабная характеристика гидрофобных и гидрофильных поверхностей листьев». Нанотехнологии . 17 (11): 2758–2772. Бибкод : 2006Nanot..17.2758B . дои : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Нишимото, Сюнсукэ; Бхушан, Бхарат (11 декабря 2012 г.). «Биоинспирированные самоочищающиеся поверхности с супергидрофобностью, суперолеофобностью и супергидрофильностью». РСК Адв . 3 (3): 671–690. дои : 10.1039/c2ra21260a . ISSN 2046-2069 .
^ Лау, Кеннет К.С.; Бико, Хосе; Тео, Кеннет Б.К.; Чховалла, Маниш; Амаратунга, Гехан А.Дж.; Милн, Уильям И.; МакКинли, Гарет Х.; Глисон, Карен К. (1 декабря 2003 г.). «Супергидрофобные леса из углеродных нанотрубок». Нано-буквы . 3 (12): 1701–1705. Бибкод : 2003NanoL...3.1701L . CiteSeerX 10.1.1.467.2028 . дои : 10.1021/nl034704t . ISSN 1530-6984 .
^ Юнг, Ён Че; Бхушан, Бхарат (22 декабря 2009 г.). «Механически прочные иерархические структуры из углеродных нанотрубок и композитов с супергидрофобностью, самоочищением и низким сопротивлением». АСУ Нано . 3 (12): 4155–4163. дои : 10.1021/nn901509r . ISSN 1936-0851 . ПМИД 19947581 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Сунь, Таолей; Фэн, Линь; Гао, Сюэфэн; Цзян, Лей (1 августа 2005 г.). «Биотехнологические поверхности с особой смачиваемостью». Отчеты о химических исследованиях . 38 (8): 644–652. дои : 10.1021/ar040224c . ISSN 0001-4842 . ПМИД 16104687 .
^ Эберт, Дэниел; Бхушан, Бхарат (15 февраля 2012 г.). «Прочные поверхности с эффектом лотоса и иерархической структурой с использованием микро- и наноразмерных гидрофобных частиц кремнезема». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 368 (1): 584–591. Бибкод : 2012JCIS..368..584E . дои : 10.1016/j.jcis.2011.09.049 . ПМИД 22062688 .
^ Фэн, Л.; Ли, С.; Ли, Ю.; Ли, Х.; Чжан, Л.; Чжай, Дж.; Сонг, Ю.; Лю, Б.; Цзян, Л. (17 декабря 2002 г.). «Супергидрофобные поверхности: от натуральных к искусственным». Продвинутые материалы . 14 (24): 1857–1860. Бибкод : 2002AdM....14.1857F . дои : 10.1002/adma.200290020 . ISSN 1521-4095 . S2CID 137276048 .
^ Сунь, Таолей; Ван, Гоцзе; Лю, Хуан; Фэн, Линь; Цзян, Лей; Чжу, Даобэнь (1 декабря 2003 г.). «Контроль смачиваемости пленки ориентированных углеродных нанотрубок». Журнал Американского химического общества . 125 (49): 14996–14997. дои : 10.1021/ja038026o . ISSN 0002-7863 . ПМИД 14653728 .
^ Мин, Вэй-Лунь; Цзян, Бин; Цзян, Пэн (17 октября 2008 г.). «Биоинспирированные самоочищающиеся просветляющие покрытия». Продвинутые материалы . 20 (20): 3914–3918. Бибкод : 2008AdM....20.3914M . дои : 10.1002/adma.200800791 . ISSN 1521-4095 . S2CID 137379916 .
^ Ли, Ёнджон; Ю, Ёнхун; Ким, Джихун; Видхиарини, Шриюлианти; Пак, Пэхо; Пак, Хун Чхоль; Юн, Кван Джун; Бён, Доён (2009). «Имитация супергидрофобного крыла насекомых путем обработки ионным пучком аргона и кислорода на пленке из политетрафторэтилена». Журнал бионической инженерии . 6 (4): 365–370. дои : 10.1016/s1672-6529(08)60130-4 . S2CID 136671422 .
^ Хуан, Цзинъюнь; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (01 октября 2006 г.). «Управляемая репликация крыльев бабочки для достижения настраиваемых фотонных свойств». Нано-буквы . 6 (10): 2325–2331. Бибкод : 2006NanoL...6.2325H . дои : 10.1021/nl061851t . ISSN 1530-6984 . ПМИД 17034105 .
^ Чжан, Ван; Чжан, Ди; Фань, Тунсян; Гу, Цзяцзюнь; Дин, Цзянь; Ван, Хао; Го, Цисинь; Огава, Хироши (13 января 2009 г.). «Новая структура фотоанода, созданная на основе чешуек крыльев бабочки». Химия материалов . 21 (1): 33–40. дои : 10.1021/cm702458p . ISSN 0897-4756 .
^ Уэзерспун, Майкл Р.; Цай, Йе; Црне, Матия; Шринивасарао, Мохан; Сэндхейдж, Кеннет Х. (29 сентября 2008 г.). «3D-структуры на основе рутила и титана с морфологией чешуи крыльев бабочки морфо». Angewandte Chemie, международное издание . 47 (41): 7921–7923. дои : 10.1002/anie.200801311 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 18773402 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Эстрада А., С. Адриана; Линь, Хун-Ру (01 марта 2017 г.). «Изготовление биомиметических подушечек пальцев гекконов и их характеристика». Полимерная инженерия и наука . 57 (3): 283–290. дои : 10.1002/pen.24411 . ISSN 1548-2634 .
^ Ху, Шихао; Лопес, Стефани; Невяровский, Питер Х.; Ся, Чжэньхай (07 ноября 2012 г.). «Динамическое самоочищение щетинок геккона посредством пальцевого перерастяжения» . Журнал интерфейса Королевского общества . 9 (76): 2781–2790. дои : 10.1098/rsif.2012.0108 . ISSN 1742-5689 . ПМЦ 3479896 . ПМИД 22696482 .
^ Лю, Минцзе; Ван, Шутао; Вэй, Чжисян; Сун, Яньлинь; Цзян, Лей (9 февраля 2009 г.). «Суперолеофобные поверхности: биоинспирированный дизайн суперолеофобного и малоадгезивного интерфейса вода/твердое тело». Продвинутые материалы . 21 (6): н/д. дои : 10.1002/adma.200990018 . ISSN 1521-4095 .
^ Юнг, Ён Че; Бхушан, Бхарат (15 декабря 2009 г.). «Смачивание капель воды и масла на трехфазных границах раздела для определения гидрофобности/фильности и олеофобности/фильности». Ленгмюр . 25 (24): 14165–14173. дои : 10.1021/la901906h . ISSN 0743-7463 . ПМИД 19637877 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Вонг, Так-Синг; Кан, Сон Хун; Тан, Синди Кентукки; Смайт, Элизабет Дж.; Хаттон, Бенджамин Д.; Гринталь, Элисон; Айзенберг, Джоанна (2011). «Биоинспирированные самовосстанавливающиеся скользкие поверхности со устойчивой к давлению всефобностью» (PDF) . Природа . 477 (7365): 443–447. Бибкод : 2011Natur.477..443W . дои : 10.1038/nature10447 . ПМИД 21938066 . S2CID 4300247 .

[1] Пас, Ю.; Луо, З.; Рабенберг, Л.; Хеллер, А. (1 ноября 1995 г.). «Фотоокислительные самоочищающиеся прозрачные пленки диоксида титана на стекле». Журнал исследования материалов . 10 (11): 2842–2848. Бибкод : 1995JMatR..10.2842P . дои : 10.1557/JMR.1995.2842 . ISSN 2044-5326 . S2CID 138230137 .

[2] Шен, Вэйго; Чжан, Чуан; Ли, Цю; Чжан, Вэньшэн; Цао, Лю; Е, Цзяюань (15 января 2015 г.). «Приготовление фотокаталитического самоочищающегося бетона, модифицированного наночастицами диоксида титана». Журнал чистого производства . 87 : 762–765. дои : 10.1016/j.jclepro.2014.10.014 .

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Сюй, Цюань; Чжан, Венвэнь; Донг, Ченбо; Шрипрасад, Теруваккаттил Шринивасан; Ся, Чжэньхай (01 сентября 2016 г.). «Биомиметические самоочищающиеся поверхности: синтез, механизм и применение» . Журнал интерфейса Королевского общества . 13 (122): 20160300. doi : 10.1098/rsif.2016.0300 . ISSN 1742-5689 . ПМК 5046942 . ПМИД 27628170 .

[4] Венцель, Роберт Н. (1 августа 1936 г.). «Сопротивление твердых поверхностей смачиванию водой». Промышленная и инженерная химия . 28 (8): 988–994. дои : 10.1021/ie50320a024 . ISSN 0019-7866 .

[5] Кэсси, Британская Колумбия; Бакстер, С. (1 января 1944 г.). «Смачиваемость пористых поверхностей». Труды Фарадеевского общества . 40 : 546. дои : 10.1039/tf9444000546 . ISSN 0014-7672 .

[6] Роуч, Пол; Ширклифф, Нил Дж.; Ньютон, Майкл И. (22 января 2008 г.). «Прогресс в разработке супергидрофобной поверхности». Мягкая материя . 4 (2): 224–240. Бибкод : 2008SMat....4..224R . дои : 10.1039/B712575P . ISSN 1744-6848 . ПМИД 32907233 .

[7] Ноян, Мехмет А.; Гийо, Дени; Прунери, Валерио (26 октября 2016 г.). «Функционализированные прозрачные поверхности с улучшенной самоочисткой от чернильного аэрозольного загрязнения» . Передовые технологии материалов . 2 (1): 1600113. doi : 10.1002/admt.201600113 . hdl : 2117/103886 . ISSN 2365-709X . S2CID 59448880 .

[8] Самоочищающиеся оптические поверхности для струйной и 3D-печати.

[Yan_80–105-9] Перейти обратно: ^а ^б Ян, ГГ; Гао, Н.; Бартлотт, В. (12 декабря 2011 г.). «Имитация естественных супергидрофобных поверхностей и понимание процесса смачивания: обзор недавнего прогресса в подготовке супергидрофобных поверхностей». Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 169 (2): 80–105. дои : 10.1016/j.cis.2011.08.005 . ПМИД 21974918 .

[Bhushan_1–108-10] Перейти обратно: ^а ^б Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (01 января 2011 г.). «Натуральные и биомиметические искусственные поверхности для супергидрофобности, самоочищения, низкой адгезии и снижения сопротивления» . Прогресс в материаловедении . 56 (1): 1–108. дои : 10.1016/j.pmatsci.2010.04.003 .

[11] Самаха, Мохамед А.; Гад-эль-Хак, Мохамед (30 апреля 2014 г.). «Полимерные скользкие покрытия: природа и применение» . Полимеры . 6 (5): 1266–1311. дои : 10.3390/polym6051266 .

[12] Лафума, Орели; Кере, Дэвид (2003). «Супергидрофобные состояния». ПриродныеМатериалы . 2 (7): 457–460. Бибкод : 2003NatMa...2..457L . дои : 10.1038/nmat924 . ПМИД 12819775 . S2CID 19652818 .

[13] Кох, Керстин; Бхушан, Бхарат; Бартлотт, Вильгельм (1 февраля 2009 г.). «Многофункциональные поверхностные структуры растений: вдохновение для биомиметики». Прогресс в материаловедении . 54 (2): 137–178. дои : 10.1016/j.pmatsci.2008.07.003 .

[14] Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (2006). «Микро- и наномасштабная характеристика гидрофобных и гидрофильных поверхностей листьев». Нанотехнологии . 17 (11): 2758–2772. Бибкод : 2006Nanot..17.2758B . дои : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 .

[15] Бертон, Закари; Бхушан, Бхарат (1 июня 2006 г.). «Характеристика поверхности, а также адгезионные и фрикционные свойства гидрофобных поверхностей листьев». Ультрамикроскопия . Материалы Седьмой Международной конференции по сканирующей зондовой микроскопии, сенсорам и наноструктурам. Материалы Седьмой международной конференции по сканирующей зондовой микроскопии, сенсорам и наноструктурам. 106 (8–9): 709–719. дои : 10.1016/j.ultramic.2005.10.007 . ПМИД 16675115 .

[16] Кох, Керстин; Бхушан, Бхарат; Бартлотт, Вильгельм (10 сентября 2008 г.). «Разнообразие строения, морфологии и увлажнения поверхности растений». Мягкая материя . 4 (10): 1943. Бибкод : 2008SMat....4.1943K . дои : 10.1039/b804854a . ISSN 1744-6848 .

[17] Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че; Кох, Керстин (13 мая 2009 г.). «Микро-, нано- и иерархические структуры для супергидрофобности, самоочищения и низкой адгезии». Философские труды Лондонского королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 367 (1894): 1631–1672. Бибкод : 2009RSPTA.367.1631B . дои : 10.1098/rsta.2009.0014 . ISSN 1364-503X . ПМИД 19376764 . S2CID 23334474 .

[Neinhuis_667–677-18] Перейти обратно: ^а ^б Найнхейс, К.; Бартлотт, В. (1 июня 1997 г.). «Характеристика и распространение водоотталкивающих, самоочищающихся поверхностей растений» . Анналы ботаники . 79 (6): 667–677. дои : 10.1006/anbo.1997.0400 . ISSN 0305-7364 .

[19] Бартлотт, В.; Найнхейс, К. (1 апреля 1997 г.). «Чистота священного лотоса, или избавление от загрязнения биологических поверхностей». Планта . 202 (1): 1–8. дои : 10.1007/s004250050096 . ISSN 0032-0935 . S2CID 37872229 .

[20] Го, Чжигуан; Лю, Вэйминь (1 июня 2007 г.). «Биомимика из листьев супергидрофобных растений в природе: бинарная структура и унитарная структура». Наука о растениях . 172 (6): 1103–1112. doi : 10.1016/j.plantsci.2007.03.005 .

[21] Бон, Хольгер Ф.; Федерле, Уолтер (28 сентября 2004 г.). «Аквапланирование насекомых: кувшинчатые растения непентеса захватывают добычу с помощью перистома, полностью смачиваемой и смазываемой водой анизотропной поверхности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (39): 14138–14143. дои : 10.1073/pnas.0405885101 . ISSN 0027-8424 . ПМК 521129 . ПМИД 15383667 .

[22] Бауэр, Ульрика; Графе, Т. Ульмар; Федерле, Вальтер (01 июня 2011 г.). «Доказательства альтернативных стратегий отлова двух форм кувшинчатого растения Nepenthes rafflesiana» . Журнал экспериментальной ботаники . 62 (10): 3683–3692. дои : 10.1093/jxb/err082 . ISSN 0022-0957 . ПМК 3130184 . ПМИД 21459766 .

[23] Чжэн, Юнмей; Гао, Сюэфэн; Цзян, Лэй (23 января 2007 г.). «Направленная адгезия супергидрофобных крыльев бабочки». Мягкая материя . 3 (2): 178–182. Бибкод : 2007SMat....3..178Z . дои : 10.1039/b612667g . ISSN 1744-6848 . ПМИД 32680261 . S2CID 98257916 .

[24] Гао, Сюэфэн; Цзян, Лей (2004). «Биофизика: Водоотталкивающие ноги водомерок» . Природа . 432 (7013): 36. Бибкод : 2004Natur.432...36G . дои : 10.1038/432036a . ПМИД 15525973 .

[25] Фэн, Си-Цяо; Гао, Сюэфэн; Ву, Зиню; Цзян, Лей; Чжэн, Цюань-Шуй (1 апреля 2007 г.). «Превосходная водоотталкивающая способность ног водомерок с иерархической структурой: эксперименты и анализ». Ленгмюр . 23 (9): 4892–4896. дои : 10.1021/la063039b . ISSN 0743-7463 . ПМИД 17385899 .

[26] Фулл, Роберт Дж.; Осень, Келлар; Лян, Ичин А.; Се, С. Тоня; Зеш, Вольфганг; Чан, Вай Панг; Кенни, Томас В.; Опасаясь, Рональд (2000). «Сила сцепления одного волоса на ноге геккона». Природа . 405 (6787): 681–685. Бибкод : 2000Natur.405..681A . дои : 10.1038/35015073 . ПМИД 10864324 . S2CID 4430651 .

[27] Осень, Келлар; Ситти, Метин; Лян, Ичин А.; Питти, Энн М.; Хансен, Венди Р.; Спонберг, Саймон; Кенни, Томас В.; Боясь, Рональд; Исраэлачвили, Джейкоб Н. (17 сентября 2002 г.). «Доказательства ван-дер-ваальсовой адгезии в щетинках геккона2» . Труды Национальной академии наук . 99 (19): 12252–12256. дои : 10.1073/pnas.192252799 . ISSN 0027-8424 . ПМК 129431 . ПМИД 12198184 .

[Bixler_11271-28] Перейти обратно: ^а ^б Бикслер, Грегори Д.; Бхушан, Бхарат (23 октября 2012 г.). «Биоинспирированные структуры поверхности рисовых листьев и крыльев бабочки, сочетающие в себе эффекты кожи акулы и лотоса». Мягкая материя . 8 (44): 11271. Бибкод : 2012SMat....811271B . дои : 10.1039/c2sm26655e . ISSN 1744-6848 .

[:1-29] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ли, Сюэ-Мэй; Рейнхудт, Дэвид; Крего-Калама, Мерседес (10 июля 2007 г.). «Что нужно для супергидрофобной поверхности? Обзор последних достижений в получении супергидрофобных поверхностей». Обзоры химического общества . 36 (8): 1350–68. дои : 10.1039/b602486f . ISSN 1460-4744 . ПМИД 17619692 .

[30] Ю, Чэнь, Юн (01 сентября 2005 г. Сунь, Маньхуэй; Сюй, Лупин ; Цзи, Оуян, Ци ; ) . 8978–8981 номер : 10.1021/ . la050316q 0743-7463 .

[Lee_7665–7669-31] Перейти обратно: ^а ^б Ли, Ву; Джин, Ми-Кён; Ю, Вон Чхоль; Ли, Джин-Гю (1 августа 2004 г.). «Наноструктурирование полимерной подложки с четко определенной топографией нанометрового масштаба и заданной смачиваемостью поверхности». Ленгмюр . 20 (18): 7665–7669. дои : 10.1021/la049411+ . ISSN 0743-7463 . ПМИД 15323517 .

[32] Эх, Кап Ю.; Джон, Сангён (1 июля 2005 г.). «Контроль смачиваемости поверхностей полиэтиленгликоля методом капиллярной литографии». Ленгмюр . 21 (15): 6836–6841. дои : 10.1021/la050878 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 16008394 .

[33] Г., Бакнелл, Дэвид (1 января 2005 г.). Техники нанолитографии и нанесения рисунка в микроэлектронике . Паб Вудхед. ISBN 978-1-84569-090-8 . OCLC 62711107 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[34] Чон, Хун Ый; Ли, Джин-Кван; Ким, Хон Нам; Мун, Санг Хып; Су, Кап Ю. (7 апреля 2009 г.). «Непереносящий сухой клей с иерархическими полимерными нановолосами» . Труды Национальной академии наук . 106 (14): 5639–5644. Бибкод : 2009PNAS..106.5639J . дои : 10.1073/pnas.0900323106 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2667085 . ПМИД 19304801 .

[Fürstner_956–961-35] Перейти обратно: ^а ^б Фюрстнер, Райнер; Бартлотт, Вильгельм; Найнхейс, Кристоф; Уолцель, Питер (01 февраля 2005 г.). «Смачивающие и самоочищающиеся свойства искусственных супергидрофобных поверхностей». Ленгмюр: Журнал поверхностей и коллоидов ACS . 21 (3): 956–961. дои : 10.1021/la0401011 . ISSN 0743-7463 . ПМИД 15667174 .

[36] Минько, Сергей; Мюллер, Маркус; Моторнов Михаил; Ничке, Мирко; Грундке, Карина; Штамм, Манфред (1 апреля 2003 г.). «Двухуровневые структурированные самоадаптивные поверхности с обратимо настраиваемыми свойствами». Журнал Американского химического общества . 125 (13): 3896–3900. дои : 10.1021/ja0279693 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 12656624 .

[37] Самоочищающиеся покрытия, редактор: Джунху Хэ, Королевское химическое общество, Кембридж, 2017, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-399-1

[:5-38] Перейти обратно: ^а ^б Хосоно, Эйдзи; Фудзихара, Синобу; Хонма, Итару; Чжоу, Хаошэнь (01 октября 2005 г.). «Супергидрофобная перпендикулярная нанопиновая пленка, полученная методом снизу вверх». Журнал Американского химического общества . 127 (39): 13458–13459. дои : 10.1021/ja053745j . ISSN 0002-7863 . ПМИД 16190684 .

[39] Бхушан, Бхарат; Юнг, Ён Че (2006). «Микро- и наномасштабная характеристика гидрофобных и гидрофильных поверхностей листьев». Нанотехнологии . 17 (11): 2758–2772. Бибкод : 2006Nanot..17.2758B . дои : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 .

[:3-40] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Нишимото, Сюнсукэ; Бхушан, Бхарат (11 декабря 2012 г.). «Биоинспирированные самоочищающиеся поверхности с супергидрофобностью, суперолеофобностью и супергидрофильностью». РСК Адв . 3 (3): 671–690. дои : 10.1039/c2ra21260a . ISSN 2046-2069 .

[41] Лау, Кеннет К.С.; Бико, Хосе; Тео, Кеннет Б.К.; Чховалла, Маниш; Амаратунга, Гехан А.Дж.; Милн, Уильям И.; МакКинли, Гарет Х.; Глисон, Карен К. (1 декабря 2003 г.). «Супергидрофобные леса из углеродных нанотрубок». Нано-буквы . 3 (12): 1701–1705. Бибкод : 2003NanoL...3.1701L . CiteSeerX 10.1.1.467.2028 . дои : 10.1021/nl034704t . ISSN 1530-6984 .

[42] Юнг, Ён Че; Бхушан, Бхарат (22 декабря 2009 г.). «Механически прочные иерархические структуры из углеродных нанотрубок и композитов с супергидрофобностью, самоочищением и низким сопротивлением». АСУ Нано . 3 (12): 4155–4163. дои : 10.1021/nn901509r . ISSN 1936-0851 . ПМИД 19947581 .

[:2-43] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Сунь, Таолей; Фэн, Линь; Гао, Сюэфэн; Цзян, Лей (1 августа 2005 г.). «Биотехнологические поверхности с особой смачиваемостью». Отчеты о химических исследованиях . 38 (8): 644–652. дои : 10.1021/ar040224c . ISSN 0001-4842 . ПМИД 16104687 .

[44] Эберт, Дэниел; Бхушан, Бхарат (15 февраля 2012 г.). «Прочные поверхности с эффектом лотоса и иерархической структурой с использованием микро- и наноразмерных гидрофобных частиц кремнезема». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 368 (1): 584–591. Бибкод : 2012JCIS..368..584E . дои : 10.1016/j.jcis.2011.09.049 . ПМИД 22062688 .

[45] Фэн, Л.; Ли, С.; Ли, Ю.; Ли, Х.; Чжан, Л.; Чжай, Дж.; Сонг, Ю.; Лю, Б.; Цзян, Л. (17 декабря 2002 г.). «Супергидрофобные поверхности: от натуральных к искусственным». Продвинутые материалы . 14 (24): 1857–1860. Бибкод : 2002AdM....14.1857F . дои : 10.1002/adma.200290020 . ISSN 1521-4095 . S2CID 137276048 .

[46] Сунь, Таолей; Ван, Гоцзе; Лю, Хуан; Фэн, Линь; Цзян, Лей; Чжу, Даобэнь (1 декабря 2003 г.). «Контроль смачиваемости пленки ориентированных углеродных нанотрубок». Журнал Американского химического общества . 125 (49): 14996–14997. дои : 10.1021/ja038026o . ISSN 0002-7863 . ПМИД 14653728 .

[47] Мин, Вэй-Лунь; Цзян, Бин; Цзян, Пэн (17 октября 2008 г.). «Биоинспирированные самоочищающиеся просветляющие покрытия». Продвинутые материалы . 20 (20): 3914–3918. Бибкод : 2008AdM....20.3914M . дои : 10.1002/adma.200800791 . ISSN 1521-4095 . S2CID 137379916 .

[48] Ли, Ёнджон; Ю, Ёнхун; Ким, Джихун; Видхиарини, Шриюлианти; Пак, Пэхо; Пак, Хун Чхоль; Юн, Кван Джун; Бён, Доён (2009). «Имитация супергидрофобного крыла насекомых путем обработки ионным пучком аргона и кислорода на пленке из политетрафторэтилена». Журнал бионической инженерии . 6 (4): 365–370. дои : 10.1016/s1672-6529(08)60130-4 . S2CID 136671422 .

[49] Хуан, Цзинъюнь; Ван, Сюйдун; Ван, Чжун Линь (01 октября 2006 г.). «Управляемая репликация крыльев бабочки для достижения настраиваемых фотонных свойств». Нано-буквы . 6 (10): 2325–2331. Бибкод : 2006NanoL...6.2325H . дои : 10.1021/nl061851t . ISSN 1530-6984 . ПМИД 17034105 .

[50] Чжан, Ван; Чжан, Ди; Фань, Тунсян; Гу, Цзяцзюнь; Дин, Цзянь; Ван, Хао; Го, Цисинь; Огава, Хироши (13 января 2009 г.). «Новая структура фотоанода, созданная на основе чешуек крыльев бабочки». Химия материалов . 21 (1): 33–40. дои : 10.1021/cm702458p . ISSN 0897-4756 .

[51] Уэзерспун, Майкл Р.; Цай, Йе; Црне, Матия; Шринивасарао, Мохан; Сэндхейдж, Кеннет Х. (29 сентября 2008 г.). «3D-структуры на основе рутила и титана с морфологией чешуи крыльев бабочки морфо». Angewandte Chemie, международное издание . 47 (41): 7921–7923. дои : 10.1002/anie.200801311 . ISSN 1521-3773 . ПМИД 18773402 .

[:6-52] Перейти обратно: ^а ^б Эстрада А., С. Адриана; Линь, Хун-Ру (01 марта 2017 г.). «Изготовление биомиметических подушечек пальцев гекконов и их характеристика». Полимерная инженерия и наука . 57 (3): 283–290. дои : 10.1002/pen.24411 . ISSN 1548-2634 .

[53] Ху, Шихао; Лопес, Стефани; Невяровский, Питер Х.; Ся, Чжэньхай (07 ноября 2012 г.). «Динамическое самоочищение щетинок геккона посредством пальцевого перерастяжения» . Журнал интерфейса Королевского общества . 9 (76): 2781–2790. дои : 10.1098/rsif.2012.0108 . ISSN 1742-5689 . ПМЦ 3479896 . ПМИД 22696482 .

[54] Лю, Минцзе; Ван, Шутао; Вэй, Чжисян; Сун, Яньлинь; Цзян, Лей (9 февраля 2009 г.). «Суперолеофобные поверхности: биоинспирированный дизайн суперолеофобного и малоадгезивного интерфейса вода/твердое тело». Продвинутые материалы . 21 (6): н/д. дои : 10.1002/adma.200990018 . ISSN 1521-4095 .

[55] Юнг, Ён Че; Бхушан, Бхарат (15 декабря 2009 г.). «Смачивание капель воды и масла на трехфазных границах раздела для определения гидрофобности/фильности и олеофобности/фильности». Ленгмюр . 25 (24): 14165–14173. дои : 10.1021/la901906h . ISSN 0743-7463 . ПМИД 19637877 .

[:4-56] Перейти обратно: ^а ^б Вонг, Так-Синг; Кан, Сон Хун; Тан, Синди Кентукки; Смайт, Элизабет Дж.; Хаттон, Бенджамин Д.; Гринталь, Элисон; Айзенберг, Джоанна (2011). «Биоинспирированные самовосстанавливающиеся скользкие поверхности со устойчивой к давлению всефобностью» (PDF) . Природа . 477 (7365): 443–447. Бибкод : 2011Natur.477..443W . дои : 10.1038/nature10447 . ПМИД 21938066 . S2CID 4300247 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]

[ 33 ]

[ 34 ]

[ 35 ]

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

[ 48 ]

[ 49 ]

[ 50 ]

[ 51 ]

[ 52 ]

[ 53 ]

[ 54 ]

[ 55 ]

[ 56 ]