從豬籠草獲得靈感,利用植物油與水實現超低摩擦性

 

刊登日期:2022/3/4
  • 字級

日本產業技術總合研究所(AIST)從食蟲植物的豬籠草獲得靈感,成功地以植物油與水將零組件表面的磨擦係數降至0.01以下。豬籠草具有高撥水性,相關仿生研究多以讓液體滑動的方向進行研究,此次則是著重於固體之間的摩擦性研究。研究團隊利用帶有苯基的矽烷偶合劑,將玻璃構件的表面處理成疏水親油性,並以植物油構成要素的油酸(Oleic Acid)做為潤滑流體塗佈鋪展開來。而水即可在塗佈油酸的表面滑動。

而在滑動實驗中,從水的上方以未處理的玻璃銷(Glass pin)對經過處理的表面施加荷重,並確認相對於未處理表面的摩擦係數0.63,已處理表面的摩擦係數降低至0.015。研究團隊也針對為何表面上存在水會產生低摩擦進行了調查。當表面僅保留油酸且不加水的狀態時,可觀察到玻璃銷與表面直接接觸,物質之間未存在潤滑液體。而將30 μL的水置於油酸上的表面後,水會沿著玻璃銷擴散,當玻璃銷前端與經過處理的表面接觸時,水會殘留在兩個表面之間或周圍,且水在滑動過程中持續存在,玻璃銷與構件表面之間未有接觸,進而維持了低摩擦狀態。研究團隊推測是表面張力差異形成的拉普拉斯壓力(Laplace Pressure)將玻璃銷往上方抬升。

為了實現超低摩擦性一般會採用潤滑油等潤滑流體,此次的手法則是以水做為潤滑流體,並讓水在滑動過程中自發地移動到最佳位置,即使是少量的水也能實現超低摩擦,且可同時達到低成本、低環境負荷之效益,今後可望做為新的低摩擦方法,廣泛應用於汽車/運輸機器、醫療機器、住宅/建設等各類用途。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
分享