Kính cường lực, siêu bền có thể dẫn đến tự làm sạch, cửa sổ chống trầy xước, ống kính và tấm pin mặt trời.
Một lớp phủ trong suốt, sinh học mới làm cho thủy tinh thông thường trở nên cứng, tự làm sạch và cực kỳ trơn, một nhóm từ Viện Kỹ thuật lấy cảm hứng sinh học của Wyss tại Đại học Harvard và Khoa Khoa học ứng dụng và Khoa học ứng dụng (SEAS) đã báo cáo trực tuyến trong phiên bản ngày 31 tháng 7 của Truyền thông Tự nhiên.
Điều tra viên mới có thể được sử dụng để tạo ra các thấu kính bền, chống trầy xước cho kính mắt, cửa sổ tự làm sạch, tấm pin mặt trời được cải thiện và các thiết bị chẩn đoán y tế mới, nhà nghiên cứu chính Joanna Aizenberg, Tiến sĩ, là thành viên Khoa cốt lõi của Viện Wyss, Giáo sư Khoa học Vật liệu Amy Smith Berylson tại SEAS, và Giáo sư Hóa học và Sinh học Hóa học.
Một lớp phủ mới trong suốt làm cho kính thông thường trở nên cứng, siêu mịn và tự làm sạch. Lớp phủ được dựa trên SLIPS - chất tổng hợp trơn nhất thế giới. Ở đây, một giọt octan được nhuộm nhanh chóng nổi lên và lăn ra khỏi mặt kính đồng hồ với lớp phủ mới.
Lớp phủ mới được xây dựng dựa trên công nghệ từng đoạt giải thưởng mà Aizenberg và nhóm của cô đã tiên phong gọi là Slippery Liquid-Infuse Surfaces (SLIPS) - bề mặt tổng hợp trơn nhất được biết đến. Lớp phủ mới cũng trơn không kém, nhưng bền hơn nhiều và hoàn toàn trong suốt. Cùng với những tiến bộ này giải quyết những thách thức lâu dài trong việc tạo ra các vật liệu hữu ích về mặt thương mại để đẩy lùi hầu hết mọi thứ.
SLIPS được lấy cảm hứng từ chiến lược khéo léo của nhà máy ăn thịt ăn thịt, dụ côn trùng lên bề mặt cực nhợt của lá cây, nơi chúng trượt đến tận cùng của chúng. Không giống như các vật liệu chống thấm nước trước đó, SLIPS đẩy lùi dầu và chất lỏng dính như mật ong, và nó cũng chống lại sự hình thành băng và màng sinh học vi khuẩn.
Trong khi SLIPS là một bước tiến quan trọng, thì đó cũng là một bằng chứng về nguyên tắc, một bước đầu tiên hướng tới một công nghệ có giá trị thương mại, tác giả chính Nicolas Vogel, tiến sĩ về vật lý sau tiến sĩ tại Harvard SEAS cho biết.
Tiết kiệm SLIPS đẩy lùi cả chất lỏng nhờn và dung dịch nước nhưng nó rất tốn kém để làm và không trong suốt, Vogel nói.
Các vật liệu SLIPS ban đầu cũng cần phải được gắn chặt bằng cách nào đó vào các bề mặt hiện có, điều này thường không dễ dàng.
Sẽ dễ dàng hơn khi lấy bề mặt hiện có và xử lý nó theo một cách nhất định để làm cho nó trơn hơn, Vogel giải thích.
Vogel, Aizenberg và các đồng nghiệp của họ đã tìm cách phát triển một lớp phủ hoàn thành việc này và hoạt động như SLIPS. SLIPS lớp mỏng chất bôi trơn chất lỏng cho phép chất lỏng dễ dàng chảy trên bề mặt, giống như một lớp nước mỏng trong sân trượt băng giúp người trượt băng lướt qua.
Để tạo ra một lớp phủ giống như SLIPS, các nhà nghiên cứu đã thu thập một tập hợp các hạt hình cầu nhỏ của polystyrene, thành phần chính của Xốp, trên một bề mặt kính phẳng, giống như một bộ sưu tập các quả bóng Ping-Pong. Họ đổ thủy tinh lỏng lên chúng cho đến khi những quả bóng được chôn hơn một nửa trong thủy tinh. Sau khi thủy tinh hóa cứng, chúng đốt cháy các hạt, để lại một mạng lưới các miệng hố giống như tổ ong. Sau đó, họ phủ lớp tổ ong đó bằng cùng chất bôi trơn lỏng được sử dụng trong SLIPS để tạo ra một lớp phủ cứng nhưng trơn.
Cấu trúc tổ ong là thứ tạo nên sự ổn định cơ học cho lớp phủ mới, ông Aizenberg nói.
Bằng cách điều chỉnh độ rộng của các tế bào tổ ong để làm cho chúng có đường kính nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến, các nhà nghiên cứu giữ cho lớp phủ không bị phản xạ ánh sáng. Điều này làm cho một tấm kính với lớp phủ hoàn toàn trong suốt.
Những slide thủy tinh tráng này đã đẩy lùi nhiều loại chất lỏng, giống như SLIPS, bao gồm nước, octan, rượu vang, dầu ô liu và sốt cà chua. Và, giống như SLIPS, lớp phủ đã làm giảm độ bám dính của băng với một phiến kính xuống 99%. Giữ cho vật liệu không bị đóng băng là rất quan trọng vì băng dính có thể làm giảm đường dây điện, làm giảm hiệu quả năng lượng của hệ thống làm mát, làm chậm máy bay và khiến các tòa nhà bị sụp đổ.
Điều quan trọng, cấu trúc tổ ong của lớp phủ SLIPS trên các phiến kính cho thấy độ bền cơ học không thể so sánh được. Nó chịu được thiệt hại và vẫn còn trơn trượt sau các phương pháp điều trị khác nhau có thể làm trầy xước và làm tổn thương bề mặt kính thông thường và các vật liệu chống thấm chất lỏng phổ biến khác, bao gồm chạm, bóc một miếng băng dính và lau bằng khăn giấy.
Chúng tôi đặt ra cho mình một mục tiêu đầy thách thức: thiết kế một lớp phủ đa năng tốt như SLIPS nhưng dễ áp dụng hơn, minh bạch và khó khăn hơn nhiều - và đó là những gì chúng tôi quản lý, chanh Aizenberg nói.
Nhóm nghiên cứu hiện đang mài giũa phương pháp của mình để bọc các mảnh kính cong tốt hơn cũng như các loại nhựa trong như Plexiglas, và để điều chỉnh phương pháp cho sự khắc nghiệt của sản xuất.
Lớp phủ SLIPS mới của Jo Jo nhiệt tình cho thấy sức mạnh của việc đi đầu trong tự nhiên trong việc phát triển các công nghệ mới, Giáo sư Don Ingber, M.D., Tiến sĩ, Giám đốc sáng lập của Viện Wyss. Chúng tôi rất vui mừng về một loạt các ứng dụng có thể sử dụng lớp phủ sáng tạo này. Ing Ingber cũng là Giáo sư Sinh học Mạch máu Judah Folkman tại Trường Y Harvard và Bệnh viện Trẻ em Boston, và Giáo sư Kỹ thuật Sinh học tại Harvard SEAS.
Thông qua Viện WYSS