防尘技术为自清洁表面铺平了道路

灰尘是生活中常见的事实，它不仅仅是日常滋扰——它可以进入机器和设备，导致效率下降或故障。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员与位于北卡罗来纳州的公司 Smart Material Solutions Inc. 合作开发了一种防止灰尘粘附在表面上的新方法。结果是能够使许多类型的材料具有防尘性，从航天器到太阳能电池板再到家用窗户。

该研究发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

“我们在这里展示的是一种可以自我清洁的表面，”该研究的主要作者、科克雷尔工程学院沃克机械工程系副教授 Chih-Hao Chang 说。“微粒无法粘附在表面，因此它们仅靠重力脱落。”

在测试中，研究人员将月球尘埃堆积在他们的工程表面上，然后将每个表面翻转过来。结果：只有大约 2% 的表面仍然布满灰尘，而同样光滑的表面则超过 35% 。

研究人员表示，这一发现归结为人眼无法察觉的事物。在实验中，该团队改变了平面的几何形状，以创建一个紧密堆积的金字塔形结构纳米级网络。这些尖锐的棱角结构使灰尘颗粒难以粘附在材料上，而是相互粘附并通过重力从材料上滚落。

这些结构提供了一种被动解决方案，这意味着它们不需要任何额外的能量或材料来去除灰尘。将其与更主动的解决方案进行比较，例如汽车挡风玻璃需要使用挡风玻璃雨刷和雨刷液来清除灰尘。

该研究由 NASA 的小企业创新研究计划资助，因此首批应用集中在空间技术上。太空尘埃特别令人讨厌，因为在那个环境中一切都变得非常危险，而且这些条件使得清除尘埃具有挑战性。灰尘对阿波罗任务造成了严重破坏，并导致火星探测器失败。

“对于太空中的月球尘埃，你无能为力——它会粘在所有东西上，没有真正的方法可以将其擦掉或喷掉，”Chang 小组的本科研究员、主要作者塞缪尔·李说。“火星探测器太阳能电池板上的灰尘会导致它们失效。”

这项技术也可能对地球产生巨大影响。它可以防止太阳能电池板随着时间的推移收集灰尘和失去效率。它可以保护玻璃窗，有朝一日甚至可以保护电话和电视等数字屏幕。

防尘技术已经存在了几十年，但由于规模化挑战，它在实验室之外并没有获得太多关注。研究人员使用了称为纳米铸币和纳米压印的制造概念，它们以 1800 年代报纸和照片大规模生产方式的现代化版本在物体上印刷图案。