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港大「偷橋」跳蟲 製排水防油物料

2017-11-15
■王立秋(右)及朱平安展示他們創新的防水防油物料。香港文匯報記者梁祖彝  攝■王立秋(右)及朱平安展示他們創新的防水防油物料。香港文匯報記者梁祖彝 攝

透明膜覆蓋衣服金屬皆可 研究成果刊國際期刊

香港文匯報訊(記者 鄭伊莎)如何清洗衣服上的難洗污漬,往往令人頭痛。香港大學工程學院機械工程系教授王立秋帶領的團隊,最近成功以創新的「液滴微流控」方法,設計出全球首創、具互連凹角特點的「多孔疏液表面」。只要將這層薄至數微米的特製透明「膜」覆蓋於衣服、金屬或玻璃等物料上,便可收防污奇效,其強韌度較單獨的結構提高了21倍以上,而每平方米的材料費卻只需約1元。研究成果已於國際科學期刊《自然通訊》發表。

最理想的防水防油(疏液)物料,是可彈走不同體積的液體。市面雖然有不少疏液物料,但不少均以化學方法製造,包括將衣物浸泡在化學藥水中,成本貴又破壞環境;部分採用物理方法,但只能防水或者防油,受到壓力摩擦時容易變形損壞。

科研人員一直致力開發出既具有良好防水防油功能、耐用、能大面積製備、成本低廉的物料,但要克服工程學上微結構的設計困難和物料編織製造方式的不足之處。

負責是項研究的港大工程學院機械工程系博士朱平安解釋,現時物料製造表面結構的防水防油性和強韌度難以相容,精確控制表面結構亦會互斥,若要大面積製備物料,會令成本大大增加。

花近4年研發「液滴微流控」

在王立秋的帶領下,朱平安與研究團隊花近4年才研究出「液滴微流控」方法及物料的結構表面,最後成功製成「互連疏液結構」的防水防油物料。朱平安透露,這個靈感是來自小小的跳蟲,跳蟲棲息於土壤中,經常會遇到雨水沖洗或者淹浸,「這些節肢動物慢慢進化出具有強韌的角質表皮去抵抗泥土摩擦,同時又具有良好的排水能力以繼續存活。」

團隊利用仿生學表面設計,以模仿跳蟲的表皮結構,讓物料具備凹角特點加強其疏液功能。朱平安解釋指,透過「液滴微流控」方法,可製造出含有水泡與油份的乳液,將乳液與聚乙烯醇(PVA)平鋪在底板上,當溶劑揮發過後,PVA便會呈現出具有均勻結構、一個個幾十至近百微米的小洞孔,形成大面積的多孔表面,就如一片透明薄膜。只要調節液滴的大小,便可控制薄膜的厚度,現時薄膜約為1微米至5微米的厚度。

強韌度升 成本激減

研究人員示範將可樂、橙汁和牛奶等倒在黏了薄膜的布面上,液體會變成小水珠順茈洎惇y下。這新物料有4大優點,除了防水防油、可大面積製備外,相較於單獨的結構,其強韌度提高了21倍以上。

另外,用此創新方法製造出大面積而每顆液體結構均一的物料,材料成本每平方米只需0.7元至1.3元,僅為市場上現有的「聚四氟乙烯疏水過濾膜」價格的千分之一。

研究團隊將研究一些可替代的聚合物材料,例如用玻璃粉末,探討其疏液功能,預料兩三年內可應用於衣物、廚具等。這層小小的「薄膜」也可應用在能源、建築、車輛、船舶和軍事設施等領域。王立秋指,團隊需要深入研究物料的表面在水中所能承受的壓力及摩擦度等,以實現高強度的疏液功能,料需五六年才可應用在軍事領域。

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