研究人员报告说受蝉启发的防水表面离现实很近

一个研究昆虫翅膀的物理和化学特性的多学科小组证明，能够复制有助于蝉翅膀排斥水并防止细菌在表面形成的纳米结构。这种使用商业指甲油的新技术既经济又简单，研究人员表示，这将有助于制造未来的高科技防水材料。

该团队使用制造工艺的简化版本-称为纳米压印光刻技术-在美国中部发现的一年生新蝉(Neotibicen pruinosus)的机翼上制作复杂的柱状纳米结构的模板。研究人员说，这些模板是完全可溶解的，可产生平均柱高的94.4%和原始机翼或主结构柱直径的106%的副本。

这项研究的结果发表在《纳米快报》上。

“我们选择与这种蝉的机翼一起工作，因为我们过去的工作证明了机翼上复杂的纳米结构如何提供出色的拒水能力。这是非常可取的特性，可用于飞机的许多材料工程应用中伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的昆虫学教授Marianne Alleyne说道，他与美国陆军工程兵建设工程研究实验室的Donald Cropek和Nenad Miljkovic共同领导了这项研究伊利诺伊州机械科学与工程教授。

研究人员说，纳米压印光刻技术不是新技术，但可能会耗费大量人力且昂贵。有些方法使用有毒材料，这些材料会损坏原始复制的物体，例如精致的蝉翼。其他一些则需要与植物或昆虫等生物样品不兼容的高温。

显示了在蝉翼上发现的纳米柱的纳米压印光刻工艺。图片来源：美国化学学会。有关更多信息，请访问pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01547。

Cropek说：“我们的过程使我们能够在室温和大气压下的开放实验室中做到这一点。” “我们使用指甲油和外用酒精，不会对精致的机翼纳米结构造成任何损害。”

在实验室中，研究小组将速干指甲油直接涂在蝉翼上，然后在室温下固化。

Alleyne说：“要找到正确的指甲油配方并不容易，因为我们要避免在去除指甲油时会翘曲或拉伸模板的指甲油。” 完成后，可以在模板上涂上聚合物或金属，然后将其溶解掉，只剩下复制金属或聚合物。

为了展示这种新方法的多功能性，该团队尝试了两种截然不同的复制材料：铜金属和一种名为PDMS的柔性硅基有机聚合物。

“我们证明了该技术与金属，氧化物或陶瓷的物理气相沉积和电化学沉积以及化学气相沉积和旋涂聚合物等较软材料兼容，” Miljkovic说。

“铜对我们来说特别有趣，因为它具有固有的抗菌特性，而我们过去的工作表明某些蝉类的翅膀具有抗菌特性，”阿莱恩说。“我们不知道是机翼表面的化学物质或物理纳米结构，还是化学和形貌的结合产生杀菌活性，但是能够生产具有不同化学物质和结构的材料将有助于我们回答。这个基本问题。这种相对简单的新制造方法最终将帮助我们设计多功能工程材料。”