荷叶的表面疏水的原因是具有很多微小的突起,从而增强了由聚合物制成的材料

 区块链     |      2020-03-25 01:49

塑料,橡胶和许多其他有用的材料都是由聚合物——即长链布置在交联网络中 制成的。在分子水平上,这些聚合物网络包含削弱它们的结构缺陷。

在美国联邦航空局证明了基于飞机的网状网络进行宽带数据分发的可行性十多年之后,位于加州的机载无线网络公司(AWN)推出了一项业务,为客户提供美国大陆范围的宽带服务,可使航空公司在五年内获得额外收入。

荷叶是地球上最防水的表面之一。美国和英国的研究人员正在开发一种新的低成本、无毒且易于制造的超疏水纳米仿生材料,可以通过喷涂或旋涂到表面上用作防水涂层,减少危险化学涂层的使用。荷叶的表面疏水的原因是具有很多微小的突起。为了模拟这种结构,研究人员使用氧化铝纳米颗粒充当突出物。然后,他们用改性羧酸与高度支化的烃链涂覆。这些分子链高低不平,形成了粗糙的表面,可以减少水滴和表面之间的接触,造成水的珠粒简单地滑落。

几年前,麻省理工学院的研究人员首先对某些类型的这类缺陷进行了测量,这类缺陷称为“环路”,是当聚合物网络中的一个链与自身而不是另一个链结合时引起的。现在,研究人员已经找到了一种减少聚合物网络中环路数量的简单方法,从而增强了由聚合物制成的材料。

名为“Infinitus超级公路”的系统将创建一个宽带通信渠道,将地面站和飞机作为节点和中继器进行远程数据传输,形成类似于SpaceX和其他卫星公司所提议的网状网络。

荷叶疏水的另一个原因是由它的接触角。作为超疏水性的材料必须具有150度及以上的接触角。这种新材料,具有支链烃的低表面能材料,接触角可达155度,类似于氟碳涂料能达到的最好角度。该小组由莱斯大学,还包括来自斯旺西大学和尼斯索菲亚-安提波利斯大学的研究人员组成。研究人员目前正在希望能改善材料的附着力,以各种表面。

为了实现这一点,研究人员将聚合物网络的一个组分缓慢的添加到大量的第二组分中。使用这种方法,他们能够形成多种不同的聚合物网络结构,同时可将环路数量减少一半。这可以为工业上有用的材料,如塑料或凝胶的制造商提供一种简单的方法来增强其产品。

两种网络的目的是提供替代地面电缆和光纤的宽带技术,同时允许航空公司挖掘数据用于座舱和驾驶舱,并且可以通过向其他用户传输数据来赚钱。

Firmenich职业发展副研究员麻省理工学院化学系副教授Jeremiah A. Johnson表示,“只要改变你将一个组分添加到另一个组分的速度,你就可以改善聚合物的力学性能。”

目前尚不清楚AWN公司打算如何应用专利。有关Infinitus超级公路的细节也未透露,如飞机之间和飞机与地面站之间的上行/下行的频带、定向天线的类型和尺寸、航空公司安装或赚钱的业务模式以及网状网络控制系统的类型和地点等。对于基于卫星的网状网络,卫星向其他卫星和地面站中继信息的控制逻辑是运作效率的关键。

麻省理工学院研究生Yuwei Gu是本文的第一作者,论文发表在4月24日所在当周的国家科学院院刊上。

AWN公司正计划进行一系列的飞行试验和针对大量的飞机型号开展补充类型认证(STC),在2-5年内推出服务。首个STC将是波音757–200型号。

其他作者包括麻省理工学院化学工程副教授Bradley Olsen;麻省理工学院研究生Ken Kawamoto;前麻省理工学院博士后Mingjiang Zhong和Mao Chen;凯斯西储大学助理教授Michael Hore;Case Western Reserve研究生Alex Jordan和前麻省理工学院客座教授、Case Western Reserve副教授LaShanda Korley。

公司最近计划改装从Jet Midwest租赁的3架前美国航空公司的B757–200飞机。飞机将会在背部和腹部安装定向天线,在机内配备相关电子设备,在明年二月或三月进行至少两次概念验证飞行试验。

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