{"id":1825,"date":"2019-05-22T02:48:07","date_gmt":"2019-05-22T02:48:07","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-from-nature-to-bionics-the-past-and-present-of-superhydrophobic-materials\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:03","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:03","slug":"from-nature-to-bionics-the-past-and-present-of-superhydrophobic-materials","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/de-la-nature-a-la-bionique-le-passe-et-le-present-des-materiaux-superhydrophobes\/","title":{"rendered":"De la nature \u00e0 la bionique: le pass\u00e9 et le pr\u00e9sent des mat\u00e9riaux superhydrophobes"},"content":{"rendered":"
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Qu'est-ce qu'un mat\u00e9riau superhydrophobe ?<\/h2>\n
Le mat\u00e9riau superhydrophobe est un mat\u00e9riau qui repousse l'eau, et les gouttelettes d'eau ne sont pas \u00e9tal\u00e9es de mani\u00e8re coulissante sur sa surface pour maintenir la forme sph\u00e9rique, obtenant ainsi l'effet d'auto-nettoyage par roulement. La mouillabilit\u00e9 est l'une des propri\u00e9t\u00e9s importantes de la surface des mat\u00e9riaux solides. Les facteurs cl\u00e9s d\u00e9terminant les propri\u00e9t\u00e9s de mouillage de surface du mat\u00e9riau comprennent la composition chimique de la surface du mat\u00e9riau et la g\u00e9om\u00e9trie microscopique de la surface. Par cons\u00e9quent, les scientifiques ont une surface avec un angle de contact statique avec l'eau sup\u00e9rieur \u00e0 150\u00b0 et un angle de roulement inf\u00e9rieur \u00e0 10\u00b0 appel\u00e9 surface superhydrophobe. Les mat\u00e9riaux superhydrophobes ont g\u00e9n\u00e9ralement une structure composite micro-nano et un produit chimique \u00e0 faible \u00e9nergie de surface, qui est \u00e9galement une condition pr\u00e9alable pour devenir un mat\u00e9riau superhydrophobe. En raison de ses excellentes caract\u00e9ristiques d'auto-nettoyage, de s\u00e9paration huile-eau, de r\u00e9sistance \u00e0 la corrosion, d'anti-givrage et d'anti-bu\u00e9e, les surfaces super-hydrophobes ont \u00e9t\u00e9 privil\u00e9gi\u00e9es par les scientifiques des mat\u00e9riaux ces derni\u00e8res ann\u00e9es, attirant un grand nombre de scientifiques \u00e0 investir dans le recherche de mat\u00e9riaux super-hydrophobes.<\/div>\n
In fact, more than 2,000 years ago, people found that some plants grow in the sludge, but its leaves are almost always clean, a typical example is the lotus leaf. Lotus flowers usually grow in swamps and shallow waters, but they have the characteristics of \u201csludge and not dyeing\u201d, which makes the lotus flower a symbol of purity for thousands of years. Dust and dirt on the lotus leaf can be easily carried away by dewdrops and rain, keeping the surface clean. Scientists call this sub-cleaning phenomenon “the lotus effect.”<\/div>\n
However, the mechanism of the lotus leaf always kept clean has not been known until the development of scanning electron microscopy (SEM) in the mid-1960s, and people gradually unveiled the secret of the lotus leaf. In 1977, Barthlott and Neinhuis of the University of Berne, Germany, studied the surface structure of the lotus leaf by scanning electron microscopy (as shown in Figure 1). It is revealed that the micron mastoid structure on the surface of the lotus leaf and the wax substance are the key to its self-cleaning function. They believe that the resulting “leaf effect” is caused by a combination of a low surface energy material such as a waxy substance and a micron rough structure of the milky process.<\/div>\n
Des \u00e9tudes ont montr\u00e9 qu'un grand nombre de structures de micro\u00e9mulsion cireuse de la taille d'un micron sont r\u00e9parties \u00e0 la surface de la feuille de lotus (Fig. 1 (a)); un grand nombre de structures nanom\u00e9triques \u00e0 fines ramifications sont r\u00e9parties sur chaque masto\u00efde (Fig. 1(b)) ; De plus, il existe de nombreux tubes minces tridimensionnels cireux sur l'\u00e9piderme de la feuille de lotus (Fig. 1 (c)). Une telle structure composite micro-nano se traduit par une faible surface de contact entre les gouttelettes d'eau et la surface de la feuille de lotus. Par cons\u00e9quent, le composant de cire de surface de la feuille de lotus et la structure composite micro\/nano fonctionnent ensemble pour conf\u00e9rer une superhydrophobicit\u00e9 unique et une faible adh\u00e9rence \u00e0 la feuille de lotus. L'angle de contact et l'angle de roulement de l'eau sur la feuille de lotus sont respectivement d'environ 160\u00b0 et 2\u00b0. Les gouttelettes d'eau sont presque sph\u00e9riques \u00e0 la surface de la feuille de lotus et peuvent rouler librement dans toutes les directions, tout en \u00e9liminant la poussi\u00e8re \u00e0 la surface de la feuille de lotus, montrant un bon effet autonettoyant (Fig. 1(d)). L'effet lotus, c'est-\u00e0-dire la surface autonettoyante, pr\u00e9sente une forte capacit\u00e9 anti-pollution lorsque l'angle de contact avec l'eau est sup\u00e9rieur \u00e0 150\u00b0, c'est-\u00e0-dire que les contaminants de surface tels que la poussi\u00e8re peuvent \u00eatre emport\u00e9s par les gouttelettes d'eau qui tombent sans laissant aucune trace.<\/div>\n

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Figure 1 Image SEM de la surface de la feuille de lotus<\/div>\n
In addition to lotus leaves, there are many plants and animals in the world that are superhydrophobic. The water droplets on the leaves of the rice are more individual than the water droplets on the surface of the lotus leaf. Unlike the water droplets on the surface of the lotus leaf, which can roll in any direction, the water droplets on the leaves of the rice can easily roll in the direction of the blade growth, while it is more difficult to roll in the vertical direction. This is because the rice leaves have a line-oriented array of protrusions and a one-dimensional groove structure (Fig. 2(a)). In the direction horizontal to the growth of the blade, the rolling angle of the droplet is 3\u00b0 – 5\u00b0, and in the vertical direction, the rolling angle is 9\u00b0 – 15\u00b0. The linear alignment of the mastoid structure on the surface of the rice leaf provides the droplets with different energy barriers that infiltrate in both directions. Similar to the wings of a butterfly, when the butterfly wings are fanned, the water droplets will roll along the axis of the axis so that the droplets do not wet the body of the butterfly. It turns out that the butterfly wings are covered by a large number of micro-nano scales oriented along the axis of the axis (Fig. 2(b)). This highly directional micro-nano structure effectively affects the wetting behavior of water droplets, so that water droplets can easily roll away in the radial direction while being embedded in the opposite direction. Two different states can be adjusted by controlling the posture of the flapping of the wings or the direction of the air passing through the surface of the wings. This anisotropic adhesion allows the butterfly wings to be directionally cleaned in a humid environment, ensuring stability during flight and avoiding dust accumulation.<\/div>\n
Unlike small water droplets on the surface of the lotus leaf that can be easily rolled, the small drops of water on the rose petals tend to adhere to the surface. Through microscopic exploration of rose petals, the scientists found that the surface of rose petals is composed of micron-sized mastoids, while at the tip of the mastoids, there are many nano-scale folded structures, and this nano-folding structure is the result of high adhesion of rose petals. The key factor (Figure 2 (c)). Gas can be present in the nano-folded structure, while water can easily penetrate between the micro-mammary. The same thing as the rose petals is the gecko’s sole. The gecko’s sole is super-hydrophobic and self-cleaning, but what excites scientists is that the gecko’s sole has an ultra-adhesive ability to move freely on a smooth surface. This is due to the well-aligned micronized bristles on the surface of the gecko’s sole, which are composed of hundreds of smaller nanoscale ends (Fig. 2(d)). The Van der Waals force generated by the contact between the nanotips of the gecko bristles and the solid surface is the support of the gecko to crawl at various angles.<\/div>\n
The mosquito compound eyes are arranged with tight hexagonal small eyes, and a tight hexagonal protrusion is arranged on each small eye (Fig. 2(e)). This unique composite structure makes the compound eyes of mosquitoes extremely hydrophobic. When the mosquito is exposed to a misty environment, it can be found that very small droplets are not formed on the surface of the mosquito’s eye, and a large amount of droplets are condensed on the fluff around the mosquito’s eye. This extremely hydrophobic nature prevents the droplets from adhering and agglomerating on the surface of the mosquito’s eyes, giving the mosquito a clear view. This discovery provides an inspiring research idea for the development of dry anti-fog surface materials.<\/div>\n
La loutre peut facilement marcher ou m\u00eame sauter sur l'eau. Le secret est la puissante superhydrophobicit\u00e9 de ses pattes velues. Lorsque la loutre se tient \u00e0 la surface de l'eau, ses pattes forment un vortex d'une profondeur d'environ 4 mm au lieu de percer la surface de l'eau. Chaque jambe a une force superhydrophobe forte et durable qui peut supporter environ 15 fois son poids. Dans le m\u00eame temps, la microstructure sp\u00e9ciale de la jambe de sangsue a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e, et un grand nombre de microstructures ordonn\u00e9es en forme de bande recouvraient les jambes de la sangsue, ces microstructures \u00e9taient orient\u00e9es \u00e0 un angle d'environ 20\u00b0, et chaque structure micro-ruban Il consiste en une nano-rainure en spirale (Fig. 2 (f)). Cette structure multi-\u00e9chelle micro-nano en couches unique capture efficacement le gaz entre la jambe de sangsue et la surface de l'eau pour former un film de gaz puissant. La capacit\u00e9 robuste et super hydrophobe des pattes de loutre inspire la conception de nouveaux \u00e9quipements aquatiques.<\/div>\n

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Fig. 2 Diff\u00e9rentes microstructures de diff\u00e9rents animaux<\/div>\n
Natural Revelation: From the “Lotus Effect” of Self-cleaning Surfaces to the Construction of Superhydrophobic Surfaces<\/div>\n
Loi humaine, loi terrestre, ciel et loi, la loi Tao est naturelle. En \u00e9tudiant les feuilles de plantes \u00e0 caract\u00e8re superhydrophobe dans la nature, on peut savoir que la pr\u00e9paration de surfaces superhydrophobes n\u00e9cessite deux conditions : l'une est que la surface du mat\u00e9riau ait une tr\u00e8s faible \u00e9nergie de surface ; l'autre est que la surface du mat\u00e9riau solide a une certaine rugosit\u00e9 et a un micron. Et la double structure de nano.<\/div>\n
\u00c0 partir de l'angle de contact statique de la surface solide, la cl\u00e9 pour d\u00e9terminer la lyophobie de la surface solide r\u00e9side dans la composition chimique de la surface du mat\u00e9riau, et la rugosit\u00e9 de la surface ne fait que renforcer cet effet. Par cons\u00e9quent, lors de la construction d'une surface solide superhydrophobe, il s'agit g\u00e9n\u00e9ralement de construire une surface rugueuse sur une surface \u00e0 faible \u00e9nergie de surface ou de modifier une substance \u00e0 faible \u00e9nergie de surface sur une surface rugueuse. Tout d'abord, les gens ont commenc\u00e9 \u00e0 \u00e9tudier la pr\u00e9paration de mat\u00e9riaux \u00e0 faible \u00e9nergie de surface et ont d\u00e9couvert que les mat\u00e9riaux solides ayant l'\u00e9nergie de surface la plus faible sont les mat\u00e9riaux contenant du siloxane et du fluor. Parmi eux, les mat\u00e9riaux contenant du fluor sont les plus excellents et leur \u00e9nergie de surface est inf\u00e9rieure d'environ 10 mN\/m \u00e0 celle du siloxane, et le fluor est le plus petit rayon atomique de tous les \u00e9l\u00e9ments \u00e0 l'exception de l'hydrog\u00e8ne. Il a une forte \u00e9lectron\u00e9gativit\u00e9, une \u00e9nergie de liaison fluorocarbon\u00e9e \u00e9lev\u00e9e, une faible \u00e9nergie de coh\u00e9sion et une stabilit\u00e9 thermique et chimique \u00e9lev\u00e9e. Il pr\u00e9sente les caract\u00e9ristiques de r\u00e9sistance \u00e0 la chaleur, aux intemp\u00e9ries, aux produits chimiques et \u00e0 un faible indice de r\u00e9fraction. Lorsque la surface du mat\u00e9riau - les groupes CF3 sont empil\u00e9s dans un ordre serr\u00e9 d'hexagones, la surface solide a la tension superficielle la plus faible de 6,7 mJ\/m2. Par cons\u00e9quent, la plupart des mat\u00e9riaux actuellement pr\u00e9par\u00e9s avec une faible \u00e9nergie de surface sont principalement des mat\u00e9riaux contenant du fluor. De plus, les gens ont commenc\u00e9 \u00e0 essayer diff\u00e9rentes m\u00e9thodes pour contr\u00f4ler la structure de surface afin de pr\u00e9parer des rev\u00eatements superhydrophobes. \u00c0 l'heure actuelle, les m\u00e9thodes d'auto-assemblage couche par couche, les m\u00e9thodes de d\u00e9p\u00f4t physique ou chimique en phase vapeur, les m\u00e9thodes de gravure, les m\u00e9thodes de gabarit, les m\u00e9thodes de pulv\u00e9risation \u00e9lectrostatique et les m\u00e9thodes sol-gel sont couramment utilis\u00e9es.<\/div>\n
Opportunit\u00e9s et d\u00e9fis pour les mat\u00e9riaux super-hydrophobes : durabilit\u00e9 et transparence<\/div>\n
Bien que les mat\u00e9riaux superhydrophobes aient de larges perspectives d'application dans la vie r\u00e9elle, il existe encore de nombreuses difficult\u00e9s pour r\u00e9aliser l'application g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9e de la superhydrophobicit\u00e9 dans la pratique, et le plus grand d\u00e9fi est la durabilit\u00e9 et la transparence. Le rev\u00eatement hydrophobe a une faible adh\u00e9rence au substrat et la structure rugueuse est \u00e9galement tr\u00e8s fragile. Lorsque la surface est soumise \u00e0 des effets m\u00e9caniques tels que des chocs et des frottements, elle s'ab\u00eeme facilement et perd ses propri\u00e9t\u00e9s superhydrophobes. Par cons\u00e9quent, le d\u00e9veloppement d'un rev\u00eatement super-hydrophobe avec un anti-friction stable ou d'une surface super-hydrophobe avec une fonction d'auto-r\u00e9paration est devenu un probl\u00e8me urgent dans le domaine de la recherche des mat\u00e9riaux superhydrophobes. En g\u00e9n\u00e9ral, pour obtenir un superhydrophobe, la surface aura une certaine rugosit\u00e9, et plus la rugosit\u00e9 est grande, plus l'indice de r\u00e9fraction est grand et plus la transparence est faible. Cela limite consid\u00e9rablement l'application de mat\u00e9riaux superhydrophobes aux dispositifs optiques.<\/div>\n

Conclusion<\/h2>\n
De la nature \u00e0 la bionique, les mat\u00e9riaux superhydrophobes ont commenc\u00e9 \u00e0 partir de la feuille de lotus et ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s \u00e0 ce jour. Les scientifiques n'ont jamais cess\u00e9 d'explorer la nature. Je crois qu'\u00e0 mesure que nous approfondissons notre exploration de la nature, notre compr\u00e9hension de la nature continue de s'approfondir, et le domaine de la superhydrophobicit\u00e9 fera certainement de plus grands progr\u00e8s.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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What is a superhydrophobic material? The superhydrophobic material is a material that is repulsive to water, and the water droplets are not slidably spread on the surface thereof to maintain the spherical shape, thereby achieving the effect of rolling self-cleaning. Wettability is one of the important properties of the surface of solid materials. The key…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-1825","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1825","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1825"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1825\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1825"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1825"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1825"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}