【解密科技寶藏】從市容到衛星天線,奈米「不沾污」塗料阻隔髒污、維持清潔

作者 | 發布日期 2015 年 04 月 22 日 14:30 | 分類 尖端科技 , 環境科學 follow us in feedly

【解密科技寶藏-創新科技專案】台灣的市容要保持整潔並不容易,不僅因為空氣中的髒污在雨後容易附著於大樓、公寓之上,也因為台灣高樓林立的環境,讓大樓表面的清潔不易。因此許多原本漂漂亮亮的建築物,才建成沒有幾年,就變成一副黑黑髒髒的模樣。考慮到這點,工研院材化所應用化學研究組黃元昌博士的團隊,便開發了一種疏水也疏油的奈米防污塗料,讓雨水不僅不會成為破壞大樓外觀的元兇,還可以順便把大樓表面的髒污帶走,不用人工就能維持清潔。



它是如何做到的呢?其實在自然界就能發現類似的現象,例如最廣為人知的蓮葉效應,當水滴落在蓮葉上,水滴不會攤成一片,而是很神奇地自己集結成一顆顆圓圓的水球,不僅可以自由地滾動,而且滾過的地方仍然是乾燥的。之所以會有這樣的特性,是因為蓮葉表皮細胞有著一根根極其微小、大約 5~15 微米高的突起,同時在這些突起上,還包覆有一層防水(疏水)的蠟質結晶。疏水的蠟質結晶可以避免水分沾黏在葉子表面,而微小的突起則會讓水與葉面的夾角大於 150 度,協助保持表面張力,並維持水珠的形狀。

commons.wikimedia

蓮葉表面具有超疏水性以及自潔的特性。(Source:wikimedia

黃博士的團隊所開發的技術與蓮葉效應非常相像,只是他們採用矽氧烷類化合物作為原料,用溶凝膠的合成方式,形成奈米大小的二氧化矽顆粒,再將這些顆粒聚合成微米等級大小的結構。最後的成果是一種結合了奈米和微米結構的表面塗料,在顯微鏡下,它就像蓮葉的突起和防水結晶一樣,同樣具有極好的疏水特性。

不過,只有疏水效果是不夠的,空氣中還有許多油性的髒污,能讓奈米疏水層失效。為了讓塗料對油性物質也能有疏油的效果,黃博士的團隊在表面上以氟再做了一次處理,讓塗料的表面形成一根根垂直排列的疏油「棒子」,讓它不僅防止水份沾黏,連油性的物質也無法停留在表面上呢!最後,還有讓塗料可以順利吸附在表面上的黏著劑,可以根據不同的應用領域,去改變黏著劑配方,確保二氧化矽疏水層的功能與耐久性。

工研院

▲ 奈米防污技術防污測試前後結果。(Source:工研院)

雖然此計劃初期的構想是以大樓屋頂、牆壁的清潔為目標,但隨著塗料的改良,應用也隨之擴大,如今不僅應用在高鐵上,成為列車玻璃的表面塗料,讓車窗可以常保清潔,也可以塗覆在衛浴設備上,既保持衛生又容易清理。目前黃博士的團隊將目光放到半導體業的生產工序,以及衛星訊號的接收天線上,希望讓塗料結合入高科技產品中,擴大應用層面。以蓮葉效應所帶出來的發明雖然看似簡單,但應用卻無窮盡!

(首圖來源:達志影像) 

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