השימוש בחומרים בהשראת ביולוגית כדי לשפר את פני השטח הימיים

מדוע על פני הים להזריק מים

הסביבה הימית מטילה עונשים ללא רחמים על כל מבנה תת-קרקעי.אונייה, דיור, רגליים פלטפורמה offshore, וכבלים תת-קרקעיים כולם סובלים מגרור הידרודינמי, אשר כוחות לשרוף באופן משמעותי יותר דלק; ביופולינג, שבו ציפויים, אצות, ושכבות דקות יותר של פני השטח, הוספת משקל ושיבוש; וקורוזים סינתטיים, על ידי מגע ישיר בין צינורות מימיים חדשים, לבין אותם מלמטה, אפילו על פני השטח, לעומת זאת, אשר הפכו לרקמות מים, כמו גם על פני השטח של חומרים חדשים לחלוטין, מאשר על פני השטח.

הבנת הפיזיקה של טוהר המים

הידרופוביות מתאר נטייה של פני השטח להדוף מים נוזליים.על משטח שטוח לחלוטין, רטובות אינטרינוטית נקבעת על ידי אנרגיה על פני השטח. משטחים אנרגיה גבוהה כגון מתכות וזכוכית לגרום מים להתפשט לתוך סרט דק, הניב זווית מגע נמוכה.משטחי אנרגיה נמוכה כגון פלואופולנים וסיליקון כוח מים כדי להיות למעלה, לייצר זוויות מגע מעל 90 מעלות צלזיוס דורשות טבעיות יותר מאשר כימיקלים, כלומר, 000 טבעי, 000 טבעי, 000, 000, 000, 000 טבעי, 000, 000, 000, 000 זה יכול להיות מסוגל להגיע על ידי חומרים כימיים ידועים יותר מאשר על ידי חומרים כימיים דרמטי יותר מאשר על ידי חומרים כימיים רבים, 000 טבעי, 000 טבעי יותר מאשר על ידי חומרים כימיים ידועים יותר מאשר על ידי פחמן טבעי, 000 טבעי יותר מאשר על ידי פחמן טבעי, 000.

העיקרון המרכזי הוא המדינה של קאסי-באסטר רטובה.כאשר טיפות מים נשענים על משטח הידרופובי גס, האוויר הופך לכוד בקווי הרוח מתחת לטיפה.הנשפים רק את השיאים של המרקם, עם ממשק אווירי מוצק מלמטה.זה מצמצם את המגעים המוצקים והממקסים של הטבע, ומפחית באופן דרמטי את השכבות של אלקטרו-אוויריות, אך ורק ממולידחות אוויריות, כאשר הן ממרחקים קריטיות, הן ממרחקים, הן ממולכות, הן ממרחקים, הן ממרחקים, הן ממולכות, הן ממולכות, והן ממשטחים, הן ממתכתות, הן ממרחקים, הן ממרחקים, הן ממרחקים, והן מעצימותקים, הן ממרחקים, הן ממרחקים של חומר מוצק, כמו גם מול משטחים, והן ממרחקים, הן ממרחקים של חומר מוצק, והן מעצימותקמים, עם לחץ אווירי עמוק, עם לחץ אווירי-אוויר, עם לחץ אווירי אווירי-אוויר, אך ורק מעצימותק, אך ורק מצמצם את האלקטרו-אוויר, כמו גם מול משטחים, כמו גם מול משטחים, אך ורק מלמטה, כמו

ירידה בטבע ⁇ s Blueprints for Water Repellency

לפני שניתן יהיה להנדס ציפוי סינתטי, יש לאפיין את פני השטח הביולוגיים באופן יסודי כדי לזהות אילו תכונות מבניות אחראיות להתנהגות רטובה שנצפתה. כמה אורגניזמים הופיעו כתבניות הרסניות במיוחד, כל אחת מהן פותרת היבט מעט שונה של בעיית הפחתת המים.

The Lotus Leaf and Self-Clean Surfaces

הקניין העצמי האיקוני של הלוטוס (FLT:0) מוכח NucifraFLT:1), הוא בהשראת מאות ציפויים סינתטיים.על פני השטח מכוסה microscalee, בדרך כלל 5-10 מיקרומטרים בגובה וספאם, ו-Primeillae אלה אינם מתואמים את הזווית העוצמתית יותר של פני השטח, ו-160 מעלות צלזיוס, לעומת זאת, הם לא יכולים להיות יותר מצופים יותר מאשר לפלסביעמוסיפים של חום גבוה יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר מאשר טמפרטורות גבוהות יותר.

כריש עור וגרף ניכוי באמצעות Riblets

כרישים מהירים כמו mako ולבן גדול אינם סופר-hydrophobic במובן קאסי-באסטר (Sixe-Baxter), העור שלהם מותאם למטרה שונה: צמצום הגרור ה הידרודינמי בשכבה משנית שפותחה על ידי ריצוף חשמלי, הוא בדרך כלל קשקשים זעירים דמויי שיניים המכסים את הגוף, כולל ירכיים ארוכות טווח הנקראות בדיוק עם זרם חשמלי נמוך.

סלביניה Paradox: Transing Air Underwater

המהנדס הרטוב (FLT:0) של המחקר ה-BonSalvinia fstaveal Reveil1 (Bonn) פותר בעיה שה-Sloitus אינו יכול: הוא מחזיק שכבת אוויר יציבה ומתמשכת על פני השטח שלו אפילו כאשר הפרדוקס בכוחו של ה- Salvinia) נמצא תחת השפעת ה-Sliphic של מחזור החיים ה-Flastic של ה-Flasticials.

עור מעופף ואופטיפוביות תחת לחץ

עגמי קפיצים של הסדר קוליןבולה ניצבים בפני אתגר רטוב יוצא דופן.הם חיים באדמה שיכולה להיות מוצף במים באופן פעיל, והם חייבים גם להתנגד רטובה על ידי נוזלים בעלי התחממות נמוכה כגון אלנול ותרכובות אורגניות אחרות הקיימות בירידה במשקל אורגני.

מים מפרשים ומניסקוס Pinning

צעדי המים (FLT:0)Gerridaephtud מים (FLT:0) יכולים ללכת על פני המים כי הרגליים מכוסה במערךים צפופים של שערות מיקרוסקופיות (setae) עם grooves ננומטריים.מלכודות מרקם היררכיות אלה מחזקות את פני השטח של משקעים על ידי טמפרטורות גבוהות יותר, אך גם מולטי מים צפופים, יש צורך בטמפרטורות אחוריות, אך ורקמות, עם נצפים, עם נצפים, עם נצפים, 000 עמידים, 000 נצפים, אך ורקמות, 000 עמידים, עם נצפים, 000.

מתוך פורמט ביולוגי למהנדסים

תרגום של הטופוגרפיה המורכבת של פני השטח הביולוגיים לחומרים סינתטיים שניתן לייצר בקנה מידה דורש שילוב של ייצור מדויק, בחירה חומרית חכמה ועיצוב חזק.מהנדסים הרכיבו ערכת כלים הולכת וגוברת של שיטות כדי להשיג זאת.

שיטות לציורים הירוארכיאליים

טכניקות מסוימות מועסקות כדי ליצור את המיקרו-- וננו-מבנה הדרושים עבור הידרופוביות בהשראת ביולוגית (FemtoII לייזר micromachining) יכול לעתים קרובות להציף את תבניות הפולימרים המרשימות על מתכת, פולימרן, ומשטחי קרמיקה עם דיוק זעיר של ויטמין C.

פונקציונליות כימית ו-PFAS חלופות

טקסט לבד אינו מספיק; הכימיה של פני השטח חייבת להיות בעלת אנרגיה נמוכה מספיק כדי לתמוך במצב של קסיה-באקסטר, אך באופן היסטורי, זה נועד ליישם תרכובות פלואורינated כגון פלואורידיות פלואונדות או perfluoropolyethers, אשר יש בין האנרגיות המוקמות ביותר המבוססים על פני השטח, אך לחץ רגולטורי מתמשך - במיוחד את ה-ידי סוכנות הכימית האירופית המוצעת על מגבלות לפוליוריד (דלקתיות) חומרים רעילים) איטיים (מדומים) מפני חומרים מסוכנים).

אדריכלות היברידית משלבת מספר רב של השראה

ציפוי ימי מוצלח ביותר הם לא עותקים טהורים של משטח ביולוגי יחיד, אבל עיצובים היברידיים כי ממזג אלמנטים מאורגניזמים מרובים. ארכיטקטורת מורכבת מבטיחה זוגות סלביניאניה בסגנון מיקרופילרים עם פיזור כרישים על בסיס קשיח epoxy-resin. s מלכודות עמוד השדרה וייצוב של האוויר תחת לחץ, בעוד rible לספק ירידה על ידי שכבת סיליקון קשיחה גם מעמודי לחץ.

ביצועים בינוניים מקבלים בבקשות ימיות

המעבר מטיפוסי מעבדה ועד ציפויים ימיים תפעוליים הפיק נתונים אמיתיים המאשרים את היתרונות שצוינו על ידי תיאוריה וניסויים בקנה מידה קטן.

צמצום צריכת הדלק על ספינת המסחרית Hulls

הדלק הוא ההוצאה התפעולית היחידה למשלוח מסחרי, המונה על 30-50% מסך עלויות המסע הכוללות, אפילו הפחתה חלקית בגרור תרגם לחיסכון פיננסי וסביבתי משמעותי על פני צי גדול.הפגנה גדולה בוצעה על ידי המכון Fraunhofer לייצור טכנולוגיה וחומרים מתקדמים, אשר החל סרט קדחתני של 14% מטווחי הדלק ה- IFlasticated, אשר , לעומת 3 חודשים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ⁇ , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ ⁇ , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שמירה על ביצועים של כלי תת-קרקעי אוטונומיים

כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים וגליצריים מתחת למים מסתמכים על חיישנים אופטיים ואקוסטיים לאסוף נתונים אוקיאנוסיים.ביופולינג על חלונות חיישן ודיור מדגמי הים ולהפחית את זמן הפריסה השימושי. ציפוי סופר-פובי שקוף המופעל על גבי סוללות ארוכות טווח, אשר פותחים עד 30 ימים של חיישן אינטנסיביים של מחזורי נשימה, אשר נשמרים על מנת להפחית את הציפוי השטח של 30 ימים של לחץ אווירי אוויר, לעומת זאת, לעומת זאת, 000 ימים של לחץ אווירי אווירי אווירי אווירי אוויר מתוחכמות גבוהה, לעומת 30 ימים של לחץ אווירי אווירי אווירי, לעומת זאת, 000.

הגנה על מבנים מחוץ לחוף בקורוזיה ו Fouling

מבנים של טורבינות רוח offshore ופלטפורמות שמן וגז הם נתון לתנאים האגרסיביים ביותר באזור מתיז, שבו מחזורי הציפוי והייבוש, חשיפה UV, וזמינות חמצן גבוהה לנהוג במהירות קורוזיה.צמיחה מארינס, במיוחד מפולסים וברנקי, יכולים להוסיף מאות טונות של מים לפלטפורמה, הגדלת עומס גל ולהפחית את חיי העייפות של זחלים ואוויריים כפולים.

להתגבר על המכשולים לאימוץ נרחב

למרות תוצאות מעבדה ושדה משכנעות, ציפויים ימיים בהשראת ביולוגית עדיין לא הפכו לאופציה סטנדרטית עבור בתי מרקחת ומפעילי חוף.יש לטפל באתגרים הקשורים בין כמה כדי להשיג בגרות מסחרית.

יציבות מכנית ויציבות ארוכת טווח

הדרישה הבסיסית ביותר עבור כל ציפוי ימי הוא כי זה חייב לשרוד את הדרישות המכאניות של סביבת ההפעלה שלה. a ספינה hull הוא abraed על ידי מגע עם מעוטים, כוונונים, שריטות צף, ומשקעים במים רדודים.זה הוא לנקות מעת לעת על ידי מברשת או מטוס מים כדי להסיר תכונות אחוריות קבועות.

בטיחות סביבתית וביטוח

ההסתמכות המוקדמת על תרכובות פלואוריננטיות לכימיה באנרגיה נמוכה היא כעת אחריות משמעותית. Perfluorooctanoic acid ותרכובות PFAS קשורות הן מתמשך בסביבה, ביו-קומחוס בשרשראות מזון אקולוגיות, והן קשורות לתופעות לוואי של חומצה כימית או ל-Raycoide (ה-coide) של הסוכנות האירופית למניעת סיליקון (Ric Definalware) ו-co-coal Deferic Protection Agency) הציעו מגבלות מחמירות על ייצור ושימוש, אשר לעתים קרובות, אשר עלולות ב-tomicware.

סקלאלה ויציבות כלכלית

החלת ציפוי ננוטקסטיר להרכב של 400 מטר או אחסון ייצור צף ופלטפורמת מטענים אינה טריוויאלית.תהליך היישום חייב להיות מהיר, חסכוני, ותואם עם זרימת עבודה הקיימת 500 אלף דולר להורדת עלויות, אך שמירה על צריכת דלק גבוהה של חלקיקים הידרופוביים בחזרת השקעות הם הסקאלה ביותר, כפי שניתן ליישם עם דרישות של 500,000 $ של אחסון חוזר ל-UV.

הדור הבא: התאמות וחוכמה

במבט מעבר לדור הנוכחי של ציפויים ביו-שטופיים, המחקר נע לעבר פני השטח פעילים, הסתגלותיים, ומתוכנן בעזרת אינטליגנציה מלאכותית.

סוללת הגנה עצמית ו-Stimuli-Responsive Surfaces

שילוב של פונקציונליות עצמית הוא אחד מאזורי המחקר הפעילים ביותר.מיקרו-קמפופולס המכיל סוכן ריפוי הידרופובי, כגון שמן PDMS או שרידה פלואום, מוטבע בציפוי. כאשר שריטה יכולה לשמש רק חומרים הידרופונקטיביים של כדור הארץ (מעבר לדלקת אחורית) ומילוי האזור הנגוע, שחזור של צוות אירובי באוניברסיטת מישיגן, אשר הוכיחה ציפוי פולימוסיבי של 20 שעות לאחר הציפוי של נוזל חום (FoFredit)

אינטליגנציה מלאכותית לעיצוב ואופטימיזציה

מרחב העיצוב של משטחים בהשראת ביולוגית הוא עצום.מספר שילובים אפשריים של גיאומטריה תכונה, ספיגה, גובה, יחס היבט, וכימיה הוא למעשה אינסופי. אינטליגנציה מלאכותית, במיוחד למידת מכונה, מוחל לנווט את החלל הזה ביעילות. נזלת רשתות וירטואליות של ציוד אחסון אווירי יכול לנבא את ההתנהגות הרטובה וגרור מאפיינים של עיצוב הציע לפני כל מדגם פיזיקלי עשוי לייצר חיזוי רשתות של תאים חדשים לחלוטין.

אסטרטגיות נוגדות את ה-Chemical Antifouling אסטרטגיות

משטח פיזי טהור, לא משנה כמה טוב מרקם, רק לעתים רחוקות הוכח להישאר נקי לחלוטין עבור מרווחי זמן רב הנדרשים על ידי מפעילי ימיים, אפילו משטחים הידרופוביים ביותר בסופו של דבר לצבור סרט מיזוג של מולקולות אורגניות המיוצרות, ולאחר מכן אורגניזמים גדולים יותר של שדה מבודדים זה לא לסמוך רק על מרקם; זה תוספי הגנה פיזית עם אלה כימי הדור הבא של השראה ביולוגית סביר להניח כי הוא מצופה פחמן אלקטרונים מבודדים.

Outlook for Bio-Inspired Marine Coatings

חומרים הידרופוביים בהשראת ביולוגית עברו באופן מכריע מעבר לשלב הסקרנות האקדמי.הנתונים האמיתיים של כלי שיט ימיים, קווי משלוח מסחריים ומפעילי אנרגיה offshore עכשיו מספק הוכחה קונקרטית של חיסכון דלק, עלויות תחזוקה מופחתות, ומחזור חיי הנכסים המורחבת.הקהילה המדעית פיתחה הבנה עמוקה של עקרונות הבקרה הגופנית של מים על פני השטח המרובים, ומערכת מגוונת של שיטות ייצור זמין ליישום עקרונות ביולוגיים אלה הם יותר עמידים יותר, אך לא ידוע של חומרים.