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膜结构与仿荷叶效应


  众所周知,水滴落在荷叶上会形成近似圆球形的白色透明水珠滚来滚去而不浸润在荷叶上,“大珠小珠落玉盘”,别有一番景致。那么荷叶不沾水的奥秘是什么呢?
  这与荷叶表面的特殊微观(纳米)结构有密切的关系。在荷叶的上表面布满非常多微小的乳突,这些大大小小的乳突在莲叶表面上犹如一个挨一个隆起的“小山包”,“小山包”之间的凹陷部分充满空气,这样就在紧贴叶面上形成一层极薄的且结构只有纳米级厚的空气层。空气层使水滴与荷叶表面的接触面积非常小,不易沾附,水珠在滚动中吸附灰尘,并滚出叶面,从而达到清洁叶面的效果。这种自洁叶面的现象被称作“荷叶效应”。当今,仿生荷叶的技术已经渗透到了纺织、化工等诸多社会行业,很多企业开发了一些仿荷叶的纳米材料和产品。
  膜结构建筑不论是用于长久建筑还是临时建筑,都要求使用的膜材料具有自洁性,能保持建筑美观。因此科研人员模仿荷叶效应,将纳米微粒与疏水性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、石蜡等)制成溶胶,喷涂于膜材表面。例如ETFE膜材,由于ETFE具有斥水、斥油、非黏着性等特性,所以不容易附着脏物,而且ETFE的表面摩擦力很小,附着的脏物会很快被雨水自动冲掉。当然根据使用的场地及结构形状,有时也会出现变脏现象,但总体上说,ETFE膜材料具有较强的自洁性,一般使用多年仍可保持干净。
  又比如,目前市场上大部分膜材的涂层采用的是PVC树脂,由于随着使用期长,PVC树脂中的塑性剂会移到膜材料的表面而黏着空气及雨水中的脏物使膜面变脏,为了改善PVC的自洁性,研究人员在PVC的表面涂敷丙烯酸树脂或含氟树脂(如PVDF),或者在PVC表面粘贴含氟薄膜(如PVF)。这些方法都能改善PVC膜材料的自洁性,特别是在表面粘贴PVF薄膜(氟化乙烯)能大大改善膜材料的自洁性及抗老化性。膜结构建筑
  因此,仿荷叶效应的膜结构材料具有优异的拒水性和自清洁性。即使在倾盆大雨中,也不会形成水膜而降低透湿性,水珠还会连同表面的尘埃和污垢一起滚落,从而使得膜材表面保持干净与干燥。

 
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