研究人员推测，一种模仿这种独特纳米结构的涂层可以改善防毒面具的性能。
通过对昆虫表面的调查，宾夕法尼亚州立大学的研究人员详细描述了一种以前未被识别的纳米结构，可以用来设计更强、更有弹性的防水涂层。
这项研究的结果发表在今天(7月17日)的《科学进展》上。
这种设计增强了对飞沫的排斥能力，可以应用于个人防护设备(PPE)，以更好地抵御病毒颗粒，如COVID-19等。
“在过去几十年里，传统设计的防水表面通常是基于植物，比如荷叶，”宾夕法尼亚州立大学(Penn State)材料科学与工程系的博士生王林(Lin Wang)说，他也是这篇论文的第一作者。
经典的工程理论已经使用这种方法来创造超疏水或拒水的表面。传统上，天富平台登录它们是用低固体分数的纹理制造的，在一个低密度的微观的毛发状纳米结构之上保持一层极薄的空气，研究人员将其比作空气曲棍球台。
“其原因是，如果液滴或物体漂浮在空气上方，它就不会粘在空气表面，”王德成(tako - sing Wong)说。王德成是虫利大学早期职业工程学教授，机械和生物医学工程副教授，也是王德成的顾问。
由于它的有效性，人造涂层倾向于模仿这些纳米结构的低密度。
然而，本文详细介绍了一种完全不同的方法。在高分辨率电子显微镜下观察蚊子的眼睛、弹尾虫的身体或蝉的翅膀等表面时，王发现这些表面上的纳米级绒毛密度更大，在工程学中称为高固体分数纹理。经过进一步的探索，这种与植物结构的显著差异可能会带来更多的排水好处。
“想象一下，如果你在一个表面上有高密度的这些纳米结构，”王说。“在更大的冲击力作用下保持空气层的稳定性是可能的。”
这也可能意味着密度更大的结构可能会排斥速度更快的液体，比如雨滴。
虽然这种设计理念对人类来说是全新的，但研究人员认为这种纳米结构增强了昆虫在自然环境中的弹性。
“对于这些昆虫的表面来说，排斥水滴是生死攸关的问题。雨滴的冲击力足以把它们带到地面并杀死它们，”王说。“所以，让它们保持干燥非常重要，我们找到了方法。”
研究人员希望利用从自然中获得的知识，将这一设计原则应用到下一代涂料中。通过开发一种防水表面，可以承受更快的移动和更高的冲击水滴，应用是丰富的。
从小型的、会飞的机器人交通工具(比如亚马逊希望用来运送包裹的无人机)到商用客机，天富平台登录一种能够模仿这些昆虫表面的涂层可以提高效率和安全性。
然而，鉴于COVID-19大流行，研究人员此后认识到这方面的知识可能对人类健康产生额外影响。
“我们希望，当开发出来后，这种涂层可以用于PPE。例如，如果有人在面罩周围打喷嚏，这些是高速飞沫。如果使用传统的涂层，这些颗粒可以附着在PPE的表面上。”“然而，如果这篇论文中详细的设计原理被成功采用，它将有能力更好地排斥那些飞沫，并有可能保持表面无菌。”
正如在这项工作中所看到的，王氏自然启发工程实验室从生物现象中汲取洞察力，使人类的创新更好、更有效。
他说:“虽然在项目开始时我们没有想到这一应用，但COVID-19让我们思考如何利用这一设计原则使更多人受益。”“我们作为工程师，应该把这些发现用一种有意义的方式加以应用。”
这项工作的下一步将是开发一种大规模的、经济有效的方法来制造一种涂层来模拟这些特性。
“在过去，我们没有一个有效的表面可以击退高速水滴，”黄说。但是昆虫告诉了我们怎么做。自然界中有很多这样的例子;我们只需要向他们学习。”
