أسطح ذاتية التنظيف

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 17 صور
الموسوعة الحرة

الأسطح ذاتية التنظيف هي فئة من المواد التي تتمتع بقدرة فطرية على إزالة أي شوائب أو بكتيريا من أسطحها بطرق متنوعة. وتستوحي هذه الأسطح وظيفتها في التنظيف الذاتي من ظواهر طبيعية تُلاحظ في أوراق اللوتس ، وأقدام الوزغ ، وحشرات الماء ، على سبيل المثال لا الحصر. ويمكن تصنيف معظم الأسطح ذاتية التنظيف إلى ثلاث فئات:

  1. مقاومة فائقة للماء
  2. فائق المحبة للماء
  3. التحفيز الضوئي .

تاريخ

تم ابتكار أول سطح ذاتي التنظيف عام 1995. [ 1 ] حيث ابتكر باز وزملاؤه غشاءً شفافًا من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂ ) استُخدم لتغطية الزجاج ومنحه خاصية التنظيف الذاتي. وطُوّر أول تطبيق تجاري لهذا السطح ذاتي التنظيف، وهو منتج Pilkington Activ، من قِبل شركة Pilkington Glass عام 2001. يعتمد هذا المنتج على عملية تنظيف ثنائية المراحل. تتضمن المرحلة الأولى التحفيز الضوئي لأي مواد متراكمة على الزجاج. تليها مرحلة يصبح فيها الزجاج شديد الاسترطاب، مما يسمح للماء بغسل الرواسب المحفزة من سطحه. ومنذ ابتكار الزجاج ذاتي التنظيف ، استُخدم ثاني أكسيد التيتانيوم أيضًا في إنتاج جسيمات نانوية ذاتية التنظيف يمكن دمجها في أسطح مواد أخرى لتمكينها من التنظيف الذاتي. [ 2 ]

خصائص السطح

تعتمد قدرة السطح على التنظيف الذاتي عادةً على خاصية كره الماء أو محبته . وسواءً أكان التنظيف من مواد مائية أو عضوية، يلعب الماء دورًا هامًا في عملية التنظيف الذاتي. وتحديدًا، تُعد زاوية تلامس الماء مع السطح سمةً مهمةً تُساعد في تحديد قدرة السطح على التنظيف الذاتي. وتتأثر هذه الزاوية بخشونة السطح، وقد طُوّرت النماذج التالية لوصف "التصاق" أو قابلية ترطيب السطح ذاتي التنظيف.

نموذج يونغ

يُستخدم نموذج يونغ للترطيب لوصف العلاقة بين قطرة الماء وسطح مستوٍ تمامًا. ويُستخدم هذا النموذج عادةً لشرح آلية التنظيف الذاتي لأوراق اللوتس.

اقترح يونغ وزملاؤه نموذج يونغ للترطيب، الذي يربط زاوية تلامس قطرة الماء على سطح مستوٍ بطاقات سطح الماء والسطح والهواء المحيط. يُعد هذا النموذج تبسيطًا مفرطًا لقطرة الماء على سطح مستوٍ مثالي. وقد تم توسيعه ليشمل خشونة السطح كعامل في التنبؤ بزاوية تلامس الماء. يُوصف نموذج يونغ بالمعادلة التالية:

كوس⁡(θ0)=(γجنوب أفريقيا-γSLγلوس أنجلوس){\displaystyle \cos(\theta _{0})=\left({\frac {\gamma _{\text{SA}}-\gamma _{\text{SL}}}{\gamma _{\text{LA}}}}\right)}[ 3 ]

أين

θ0{\displaystyle \theta _{0}}هي زاوية التلامس للماء على السطح
γجنوب أفريقيا{\displaystyle \gamma _{\text{SA}}}هي طاقة سطح التماس بين السطح والهواء
γSL{\displaystyle \gamma _{\text{SL}}}هي طاقة سطح التماس بين السطح والسائل
γلوس أنجلوس{\displaystyle \gamma _{\text{LA}}}هي طاقة سطح التماس بين السائل والهواء
يُستخدم نموذج وينزل للترطيب لوصف الواجهة بين قطرة الماء وسطح خشن.

نموذج وينزل

عندما تستقر قطرة ماء على سطح غير مستوٍ، وتؤدي تضاريس السطح إلى مساحة سطح أكبر من مساحة سطح مستوٍ تمامًا ، فإن نموذج وينزل يُعدّ مؤشرًا أدقّ لقابلية هذا السطح للتبلل. ويُمكن وصف نموذج وينزل بالمعادلة التالية:

كوس⁡(θ)=Rوجos(θ0){\displaystyle \cos(\theta )=R_{\text{f}}cos(\theta _{0})}[ 3 ] [ 4 ]

أين

θ{\displaystyle \theta }زاوية التلامس للماء المتوقعة بواسطة نموذج وينزل
Rو{\displaystyle R_{\text{f}}}هي نسبة مساحة سطح خشن إلى مساحة سطح إسقاط مسطح لنفس السطح
يُستخدم نموذج كاسي-باكستر للترطيب لوصف الواجهة بين قطرة الماء والسطح عندما تُنشئ قطرة الماء جيوبًا هوائية بينها وبين السمات الطبوغرافية للسطح.

نموذج كاسي-باكستر

بالنسبة للأنظمة الأكثر تعقيدًا التي تمثل تفاعلات الماء مع الأسطح في الطبيعة، يُستخدم نموذج كاسي-باكستر. يأخذ هذا النموذج في الاعتبار أن قطرة الماء قد تحبس الهواء بينها وبين السطح الذي تستقر عليه. ويُمكن وصف نموذج كاسي-باكستر بالمعادلة التالية:

كوس⁡(θسي بي)=Rوكوس⁡(θ0)-ولوس أنجلوس(Rوكوس⁡(θ0)+1){\displaystyle \cos(\theta _{\text{CB}})=R_{\text{f}}\cos(\theta _{0})-f_{\text{LA}}(R_{\text{f}}\cos(\theta _{0})+1)}[ 3 ] [ 5 ]

أين

θسي بي{\displaystyle \theta _{\text{CB}}}هي زاوية التلامس للماء المتوقعة بواسطة نموذج كاسي-باكستر
ولوس أنجلوس{\displaystyle f_{\text{LA}}}يمثل الجزء السائل-الهواء، وهو جزء قطرة السائل التي تكون على اتصال بالهواء

الآليات

استخدام المياه

أ) سطح فائق الكراهية للماء بزاوية تلامس عالية تقارب 180 درجة. ب) سطح بزاوية انزلاق ماء منخفضة. ج) سطح بزاوية انزلاق أعلى، مما يجعله أقل كفاءة في التنظيف الذاتي للماء من سطحه.

يُعد التحكم في قابلية ترطيب السطح جانبًا بالغ الأهمية في الأسطح ذاتية التنظيف. وقد استُخدمت كل من الأسطح فائقة الكراهية للماء والأسطح فائقة المحبة للماء كمواد ذاتية التنظيف.

مقاومة فائقة للماء

يمكن ابتكار أسطح فائقة الكراهية للماء بعدة طرق، منها الحفر بالبلازما أو الأيونات، ونمو البلورات على سطح المادة، والطباعة النانوية، على سبيل المثال لا الحصر. [ 6 ] تُنتج هذه العمليات جميعها خصائص طوبوغرافية نانوية تُكسب السطح خاصية فائقة الكراهية للماء. والهدف النهائي من تطوير هذه الأسطح هو محاكاة خاصية التنظيف الذاتي لورقة اللوتس، التي تتمتع بقدرة فطرية على صدّ الماء. ويكمن أساس التنظيف الذاتي في قدرة هذه الأسطح على منع انتشار الماء عند ملامسته لها، ويتجلى ذلك في زاوية تلامس الماء التي تقارب 180 درجة. كما تتميز هذه الأسطح بزوايا انزلاق منخفضة، مما يُسهّل إزالة الماء المتجمع عليها، عادةً بفعل الجاذبية. ورغم أن هذه الأسطح فعّالة في إزالة أي شوائب مائية، إلا أنها قد لا تتمكن من إزالة أنواع أخرى من المواد الملوثة، كالزيوت.

فائق المحبة للماء

أ) تتميز قطرة الماء على سطح فائق المحبة للماء بزاوية تلامس منخفضة جدًا، لأن الماء ينتشر على السطح. ب) يمكن رفع الأوساخ أو الشوائب (الدائرة الزرقاء) الموجودة على سطح فائق المحبة للماء عن السطح مع انتشار الماء تحته. وعندما ينزلق الماء عن السطح، تُزال الشوائب معه.

تتيح خاصية الاسترطاب الفائق للأسطح تنظيف مجموعة واسعة من الأوساخ والشوائب. وتختلف هذه الآلية اختلافًا كبيرًا عن آلية الأسطح فائقة الكراهية للماء المذكورة سابقًا. ففي حالة الأسطح فائقة الاسترطاب ذاتية التنظيف، يحدث التنظيف لأن الماء على السطح قادر على الانتشار بدرجة كبيرة (زاوية تلامس منخفضة للغاية) ليخترق بين أي شوائب عالقة والسطح، فيزيلها.

التحفيز الضوئي

يُعد ثاني أكسيد التيتانيوم من أكثر منتجات التنظيف الذاتي شيوعًا ، إذ يعتمد على آلية تنظيف فريدة تجمع بين خطوة تحفيز ضوئي أولية وخاصية فائقة المحبة للماء. فعند تعريض طبقة ثاني أكسيد التيتانيوم، التي تُوضع عادةً على النوافذ الزجاجية، للأشعة فوق البنفسجية، تُولّد إلكترونات حرة تتفاعل مع الأكسجين والماء في الهواء لتكوين جذور حرة. بدورها، تُحلل هذه الجذور الحرة أي مواد عضوية متراكمة على سطح الزجاج. كما يُحوّل ثاني أكسيد التيتانيوم الزجاج، الذي يكون عادةً كارهًا للماء، إلى سطح فائق المحبة للماء. وبالتالي، عند هطول الأمطار، بدلًا من أن تتجمع قطرات الماء على سطح النافذة وتسقط فورًا، تنتشر قطرات المطر بسرعة على السطح المحب للماء. ثم ينساب الماء على سطح النافذة على شكل طبقة رقيقة بدلًا من قطرة، ليعمل كالممسحة لإزالة الأوساخ السطحية.

التسخين الجولي

لقد ثبت أن تسخين الأسطح عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر غشاء شفاف موصل يؤدي إلى طرد وإزالة التلوث. وقد استُخدمت هذه التقنية في طابعات نفث الحبر لتقليل تلوث الحبر على نوافذ المستشعرات. [ 7 ]

ستارة كهربائية

لطالما شكل تنظيف الأسطح في البيئات الخالية من الماء تحديًا. وقد صُممت أجهزة الستائر الكهربائية لإزالة الجزيئات عن طريق توليد مجالات كهربائية على السطح، مما يؤدي إلى سحب الجزيئات بعيدًا نظرًا لطبيعتها المشحونة. وقد استُخدمت هذه التقنية في الألواح الشمسية والطابعات ثلاثية الأبعاد. [ 8 ]

في الطبيعة

النباتات

ورقة اللوتس

تُعرف زهرة اللوتس كرمز للنقاء في بعض الثقافات الآسيوية. [ 9 ] تتميز أوراق اللوتس ( Nelumbo nucifera ) بخاصية طرد الماء وضعف الالتصاق، مما يحافظ عليها نظيفة من التلوث حتى عند غمرها في الماء العكر. هذه الخاصية، التي تُسمى التنظيف الذاتي، تحمي النبات من الأوساخ ومسببات الأمراض، وتلعب دورًا حيويًا في مقاومته للميكروبات الغازية. في الواقع، تحتاج العديد من جراثيم وأبواغ الكائنات الممرضة، وخاصة الفطريات، إلى الماء للإنبات، وتُلوث الأوراق عند أول ظهور للماء. [ 10 ] كان من المثير للفضول كيف يمكن لزهرة اللوتس أن تبقى نظيفة حتى في الماء الموحل، إلى أن كشف عالما النبات الألمانيان، بارتلوت ونينهاوس، عن البنية المزدوجة الفريدة للأوراق باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). [ 11 ] [ 12 ] تُغطي خلايا البشرة الحليمية السطح الخارجي للنبات، وخاصة الأوراق. تُنتج هذه الخلايا حليمات أو نتوءات دقيقة تجعل السطح خشنًا للغاية. وفوق هذه الخشونة الميكروسكوبية، يُغطى سطح الحليمات بنتوءات نانوية تتكون من هيدروكربونات ثلاثية الأبعاد كارهة للماء: شمع فوق البشرة. في الأساس، تُعدّ بشرة النبات مادة مركبة تتألف من شبكة من الكيوتين وشمع ذي طاقة سطحية منخفضة، مُصممة على مستويات هرمية مختلفة. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] يتكون السطح المُتدرج لأوراق اللوتس من خلايا مُحدبة (تبدو كالنتوءات) وطبقة أصغر بكثير من الأنابيب الشمعية. [ 16 ] تستقر قطرات الماء على أوراق النبات على قمة النتوءات النانوية نظرًا لوجود الهواء داخل تجويف الخلايا المُحدبة، مما يُقلل من مساحة تلامس قطرة الماء. ولذلك، تُظهر أوراق اللوتس خاصية فائقة الكراهية للماء. تُحدد زاوية التلامس الساكنة وتخلف زاوية التلامس لورقة اللوتس عند حوالي 164 درجة و3 درجات على التوالي. [ 17 ] عند زوايا ميل صغيرة، تتدحرج قطرات الماء على الورقة حاملةً معها أي أوساخ أو ملوثات، مما يؤدي إلى التنظيف الذاتي. [ 18 ] تعتمد قدرة القطرات على التكوّن والتدحرج ليس فقط على خاصية كراهية الماء، بل أيضًا على تخلف زاوية التلامس .

في عالم النبات، لا تُعدّ ورقة اللوتس المثال الوحيد على الأسطح فائقة الكراهية للماء. فعلى سبيل المثال، وُجد أن أوراق القلقاس (Colocasia esculenta) تُظهر خاصية التنظيف الذاتي أيضًا. [ 19 ] تتميز هذه الأوراق بخشونة ثنائية تتكون من  نتوءات بيضاوية الشكل يبلغ قطرها 10 ميكرومتر في المتوسط، ودبابيس نانوية الحجم. كما تُعدّ أوراق نبات الكانا الهندي (Cannageneralis bailey) وأوراق الأرز (بمختلف أنواعه) أمثلةً على خاصية الكراهية الفائقة للماء، والناتجة عن مورفولوجيا سطحها الهرمية. [ 20 ]

نباتات الإبريق (نيبينثيس )

يتميز إبريق نبات الإبريق اللاحم (Nepenthes) ، المنتشر في العديد من البلدان مثل الهند وإندونيسيا وماليزيا وأستراليا، بسطح فائق المحبة للماء، حيث تقترب زاوية التبلل من الصفر لتكوين طبقة مائية متجانسة. ونتيجة لذلك، تزداد انزلاقية السطح، مما يسمح للفريسة بالانزلاق عن حواف الإبريق (البريستوم). [ 21 ] تُظهر تضاريس سطح حافة نبات الإبريق نتوءات شعاعية متعددة الأحجام. أما النتوءات من الدرجة الثانية فهي صغيرة الحجم، وتتكون من صفوف مستقيمة من خلايا البشرة المتداخلة. سطح خلايا البشرة أملس وخالٍ من الشمع. يُعزز غياب بلورات الشمع والخشونة المجهرية خاصية محبة الماء وقوى الشعرية، مما يسمح للماء بترطيب سطح الحافة بسرعة. [ 22 ]

الحيوانات

أجنحة فراشة

لا تتميز أجنحة الفراشات بخاصية النفور الشديد من الماء فحسب، بل تتميز أيضًا بخاصية الالتصاق الاتجاهي. فإذا كانت قطرة الماء متجهة شعاعيًا نحو الخارج (RO) من المحور المركزي للجسم، فإنها تتدحرج وتزيل الأوساخ، مما يؤدي إلى التنظيف الذاتي. أما إذا كانت القطرات متجهة في الاتجاه المعاكس، فإنها تلتصق بالسطح، مما يؤدي إلى الالتصاق ويضمن استقرار طيران الفراشة بمنع تراكم الأوساخ على الأجنحة بالقرب من مركز الجسم. تُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للأجنحة تدرجًا هرميًا على طول الاتجاه RO، ناتجًا عن أخاديد دقيقة متراصة، مغطاة بشرائط نانوية دقيقة متراصة. [ 23 ]

سترايدر الماء ( Gerris remigis )

تتمتع حشرات الماء ( Gerris remigis ) ، والمعروفة باسم "حشرات يسوع"، بقدرة استثنائية تمكنها من المشي على الماء. وعلى غرار النباتات فائقة الكراهية للماء، تتميز أرجلها بخاصية طرد الماء العالية بفضل تركيبها الهرمي. فهي مغطاة بشعيرات دقيقة شمعية كارهة للماء، تُعرف باسم "الشعيرات الدقيقة"، وتُغطى كل شعيرة بأخاديد نانوية. ونتيجة لذلك، ينحصر الهواء بين الشعيرات الدقيقة والنانوية، مما يطرد الماء. [ 24 ] قام فنغ وزملاؤه بقياس عمق غمر الساق في الماء وزاوية التلامس. ووجدوا أن زاوية التلامس لا تقل عن 168 درجة، وأن أقصى عمق مسجل هو 4.38 ± 0.02  ملم. [ 25 ]

أقدام الوزغة

تُعدّ أقدام الوزغة أشهر آلية التصاق عكسية في الطبيعة. فميزة مقاومة الأوساخ في أقدامها تُمكّنها من الجري على الأسقف والزوايا المغبرة دون تراكمها. في عام 2000، كشف أوتوم وزملاؤه عن أصل قوة التصاق الوزغة من خلال دراسة خصائص سطح أصابعها بالمجهر الإلكتروني. [ 26 ] لاحظوا بنية هرمية لكل قدم، تتكون من ملايين الشعيرات الصغيرة المعروفة باسم الشعيرات الدقيقة. علاوة على ذلك، تتكون كل شعيرة دقيقة من شعرة أصغر، وتنتهي كل شعرة بسطح مستوٍ، وترتبط هذه الأسطح بقوى فان دير فالس. هذه الخاصية السطحية، بغض النظر عن نوع السطح (كاره للماء، محب للماء، جاف، رطب، خشن، إلخ)، تُمكّن الوزغة من الالتصاق به. إضافة إلى قوة الالتصاق، تتميز أقدام الوزغة بخاصية فريدة للتنظيف الذاتي لا تتطلب الماء، على عكس ورقة اللوتس. [ 27 ]

جلد القرش

يُعد جلد سمك القرش مثالاً آخر على الأسطح المقاومة للتلوث، ذاتية التنظيف، وذاتية الالتصاق. يسمح هذا السطح الكاره للماء لأسماك القرش بالمناورة بسرعة في الماء. يتكون جلد القرش من حراشف جلدية مرتبة دوريًا على شكل معين، تعلوها أضلاع مثلثة. [ 28 ]

التصنيع والتمييز

لتصنيع الأسطح الاصطناعية ذاتية التنظيف، هناك مجموعة متنوعة من الطرق [ 10 ] المستخدمة للحصول على التضاريس النانوية المطلوبة ثم توصيف البنية النانوية للسطح وقابلية التبلل.

استراتيجيات القوالب

تستخدم عملية القولبة قالبًا لإضافة بنية نانوية إلى البوليمر. [ 29 ] يمكن الحصول على القوالب من مصادر متنوعة بما في ذلك المصادر الطبيعية، مثل ورقة اللوتس، نظرًا لخصائصها ذاتية التنظيف.

تقنية النانو

تقنية الصب النانوي هي طريقة تعتمد على الطباعة الحجرية المرنة ، وتستخدم قوالب مطاطية لصنع أسطح ذات بنية نانوية. على سبيل المثال، تم صب مادة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) على ورقة اللوتس، واستُخدمت لصنع قالب PDMS سالب. ثم طُلي قالب PDMS بطبقة أحادية مضادة للالتصاق من ثلاثي ميثيل كلورو سيلان، واستُخدم لصنع قالب PDMS موجب من القالب الأول. ولأن بنية ورقة اللوتس الطبيعية تُتيح قدرةً ملحوظة على التنظيف الذاتي، فقد تمكنت هذه التقنية من محاكاة البنية النانوية، مما أدى إلى سطح ذي قابلية ترطيب مماثلة لورقة اللوتس. [ 30 ] علاوة على ذلك، فإن سهولة هذه المنهجية تُتيح تطبيقها على نطاق واسع لإنتاج أسطح ذات بنية نانوية.

الطباعة النانوية

تستخدم تقنية الطباعة النانوية أيضًا قوالب، حيث يتم ضغط قالب صلب على البوليمر عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي للبوليمر ( Tg ) . وبالتالي، فإن القوى الدافعة لهذا النوع من التصنيع هي الحرارة والضغط العالي. [ 29 ] استُخدمت قوالب مسامية مصنوعة من الألومنيوم مع أكسيد الألومنيوم المؤكسد (قالب صلب) لطباعة البوليسترين. ولتحقيق ذلك، سُخّن البوليسترين بدرجة حرارة أعلى بكثير من Tg إلى 130 درجة مئوية، ثم ضُغط على القالب. بعد ذلك، أُزيل القالب بإذابة الألومنيوم، مما أدى إلى إنتاج أسطح ذات نقوش نانوية بارزة أو ألياف نانوية. أدى زيادة نسبة الطول إلى القطر للألياف النانوية إلى تعطيل النمط السداسي المنتظم، وتسبب في تكوين حزم من الألياف. في النهاية، أدت أطول الألياف النانوية إلى أكبر خشونة للسطح، مما قلل بشكل كبير من قابلية السطح للترطيب. [ 31 ] 

الطباعة النانوية الشعرية

على غرار تقنية الطباعة النانوية بالنقش، تستخدم تقنية الطباعة النانوية الشعرية قالبًا مطاطيًا منقوشًا. ولكن بدلًا من استخدام الضغط العالي، فعند رفع درجة الحرارة فوق درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg ) ، تسمح قوى الخاصية الشعرية للبوليمر بملء الفراغات داخل القالب. استخدم سوه وجون قوالب مصنوعة من بولي (أكريلات اليوريثان) (PUA). وُضعت هذه القوالب على طبقة من بوليمر بولي إيثيلين جلايكول (PEG) القابل للذوبان في الماء، والذي تم طلاؤه بالدوران، ورُفعت درجة حرارته فوق درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) لـ PEG . وجدت هذه الدراسة أن إضافة التضاريس النانوية تزيد من زاوية التلامس، وأن هذه الزيادة تعتمد على ارتفاع التضاريس النانوية. [ 32 ] غالبًا ما تُنتج هذه التقنية سطحًا هلاليًا على طرف الهياكل النانوية البارزة، وهو ما يميز الخاصية الشعرية. [ 33 ] يمكن إذابة القالب لاحقًا. [ 29 ] كما تُستخدم أيضًا مناهج الطباعة الحجرية التجميعية. استخدمت إحدى الدراسات الخاصية الشعرية لملء قوالب PDMS بمادة PUA، وذلك بمعالجة الراتنج البوليمري جزئيًا باستخدام الأشعة فوق البنفسجية. بعد تشكيل البنى المجهرية، تم تطبيق ضغط لتصنيع البنى النانوية، ثم استُخدمت المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية مرة أخرى. تُعد هذه الدراسة مثالًا جيدًا على استخدام البنى الهرمية لزيادة كراهية الماء للسطح. [ 34 ]

الطباعة الضوئية أو الطباعة الحجرية بالأشعة السينية

استُخدمت تقنيات الطباعة الضوئية والطباعة بالأشعة السينية لحفر الركائز، وغالبًا ما تكون من السيليكون. [ 35 ] تُطلى الركيزة بمادة مقاومة للضوء، أو مادة حساسة للضوء. ثم يُوضع قناع فوق هذه المادة، يتكون عادةً من الذهب أو مركبات أخرى تمتص الأشعة السينية. تصبح المنطقة المعرضة للضوء إما قابلة للذوبان في مُظهِر المادة المقاومة للضوء (مثل الأنواع الجذرية) أو غير قابلة للذوبان فيه (مثل الأنواع المتشابكة)، مما ينتج عنه في النهاية سطح مُنقوش. تُعد مصادر الأشعة السينية أفضل من مصادر الضوء المرئي فوق البنفسجي، لأن أطوال موجاتها الأقصر تُتيح إنتاج أشكال أصغر.

استراتيجيات تصنيع أخرى

العلاج بالبلازما

تُعدّ معالجة الأسطح بالبلازما عملية حفر جافة. ويتم ذلك بملء حجرة بغاز، كالأكسجين أو الفلور أو الكلور، وتسريع أنواع الأيونات من مصدر أيوني عبر البلازما. يُشكّل تسارع الأيونات نحو السطح أخاديد عميقة فيه. إضافةً إلى تحسين التضاريس، تُتيح معالجة البلازما أيضًا إمكانية إضافة وظائف مختلفة للأسطح باستخدام غازات مختلفة لترسيب عناصر متنوعة عليها. [ 29 ] وتعتمد خشونة السطح على مدة الحفر بالبلازما. [ 36 ]

الترسيب الكيميائي

بشكل عام، تستخدم عملية الترسيب الكيميائي الطور السائل أو البخاري لترسيب المواد غير العضوية أو الهاليدات على الأسطح على شكل أغشية رقيقة. [ 37 ] تُزوَّد المواد الكيميائية بكميات متكافئة مناسبة للتفاعل على السطح. تشمل أنواع الترسيب الكيميائي الترسيب الكيميائي للبخار ، والترسيب الكيميائي في المحلول ، والترسيب الكهروكيميائي. تُنتج هذه المنهجيات هياكل نانوية بلورية رقيقة. [ 29 ] على سبيل المثال، تم إنتاج أسطح بلورية من هيدروكسيد الكوبالت من نوع البروسيت عن طريق الترسيب الكيميائي في المحلول، ثم طُليت بحمض اللوريك. احتوت هذه الأسطح على أطراف ألياف نانوية فردية بقطر 6.5  نانومتر، مما أدى في النهاية إلى زاوية تلامس تصل إلى 178 درجة. [ 38 ]

أساليب توصيف السطح

المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)

يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لدراسة مورفولوجيا الأسطح المصنّعة، مما يُتيح مقارنة الأسطح الطبيعية [ 18 ] بالأسطح الاصطناعية. كما يُمكن قياس حجم التضاريس النانوية [ 38 ] [ 35 ] . ولتحضير العينات للمجهر الإلكتروني الماسح، تُغطى الأسطح عادةً بطبقة رقيقة من البلاتين أو الذهب/البلاديوم أو الفضة، مما يُقلل من تلف العينة وشحنها ويُحسّن دقة الحواف.

زاوية التلامس

كما ذُكر سابقًا، تُستخدم زاوية التلامس لتحديد قابلية سطح ما للترطيب. توضع قطرة من المذيب، عادةً الماء للأسطح الكارهة للماء، عموديًا على السطح. تُصوَّر القطرة ويُقاس الزاوية بين سطحي التماس بين المادة الصلبة والسائلة، وبين السائلة والبخارية. تُعتبر العينات فائقة الكراهية للماء عندما تكون زاوية التلامس أكبر من 150 درجة. [ 9 ] راجع قسم نموذجي وينزل وكاسي-باكستر للاطلاع على معلومات حول السلوكيات المختلفة للقطرات على الأسطح الطبوغرافية. لكي تتدحرج القطرات بفعالية على سطح فائق الكراهية للماء، يُعدّ التخلف في زاوية التلامس عاملًا مهمًا. فانخفاض مستويات التخلف في زاوية التلامس يُعزز خاصية التنظيف الذاتي للسطح فائق الكراهية للماء.

المجهر ذو القوة الذرية (AFM)

تُستخدم مجهرية القوة الذرية لدراسة الخشونة الموضعية والخواص الميكانيكية للسطح. كما تُستخدم هذه المجهرية لتوصيف خواص الالتصاق والاحتكاك للأسطح فائقة الكراهية للماء ذات الأنماط الميكروية والنانوية. ويمكن استخدام النتائج لمطابقة منحنى مع تضاريس السطح وتحديد نصف قطر انحناء البنى النانوية. [ 39 ]

أسطح اصطناعية تحاكي الطبيعة

المحاكاة الحيوية هي تقليد الأنظمة أو النماذج أو الهياكل البيولوجية في المجالات الاصطناعية. في كثير من الأحيان، يمكن للمواد البيولوجية أن تُنتج هياكل ذات خصائص وميزات تفوق بكثير ما يمكن أن تحققه المواد الاصطناعية. تُستخدم المحاكاة الحيوية حاليًا لابتكار خصائص مماثلة في المواد الاصطناعية، لا سيما في قابلية التبلل وقدرات التنظيف الذاتي للأسطح.

أسطح محاكاة حيوية فائقة الكراهية للماء

هناك العديد من الأسطح البيولوجية التي تتمتع بخصائص فائقة الكراهية للماء تفوق بكثير أي مواد اصطناعية: أوراق اللوتس، وأوراق الأرز، وأجنحة الزيز، وأجنحة الفراشات.

ورقة اللوتس

يستخدم الباحثون أنابيب الكربون النانوية (CNTs) لمحاكاة حليمات أوراق اللوتس . ويمكن تصنيع غابات نانوية من أنابيب الكربون النانوية باستخدام تقنيات الترسيب الكيميائي للبخار. [ 40 ] كما يمكن تطبيق أنابيب الكربون النانوية على سطح ما لتعديل زاوية تلامسه مع الماء. وقد ابتكر لاو وزملاؤه غابات رأسية من أنابيب الكربون النانوية مغطاة بطبقة من متعدد رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE)، تميزت بالثبات وخاصية النفور الشديد للماء، حيث بلغت زاوية التلامس الأمامية 170 درجة وزاوية التلامس الخلفية 160 درجة. [ 41 ] كما ابتكر جونغ وبوشان سطحًا فائق النفور للماء عن طريق رش أنابيب الكربون النانوية براتنج الإيبوكسي. [ 42 ] وقد تبين أن تباعد أنابيب الكربون النانوية ومحاذاتها يؤثران على درجة كراهية الماء للسطح. ووجد صن وزملاؤه أن أنابيب الكربون النانوية المحاذية رأسيًا بتباعد متوسط ​​تُظهر أفضل خصائص النفور من الماء. [ 43 ] بينما يُظهر التباعد الصغير والكبير زيادة في انتشار القطرات، وقد يُظهر التوجيه الأفقي خصائص محبة للماء.

وقد أدى استخدام حبيبات السيليكا الزجاجية في راتنج الإيبوكسي، [ 44 ] والترسيب الكهروكيميائي للذهب في الهياكل المتفرعة [ 43 ] إلى إنشاء أسطح محاكاة حيوية اصطناعية تشبه أوراق اللوتس.

أوراق الأرز

استُخدمت أنابيب الكربون النانوية أيضًا لإنشاء أسطح مشابهة لأوراق الأرز. [ 43 ] وكما هو الحال في أوراق اللوتس، توفر البنية الهرمية خاصية كراهية الماء لأوراق الأرز. [ 40 ] وعلى عكس أوراق اللوتس، تتميز أوراق الأرز ببنية غير متجانسة. [ 45 ] فعندما تُصنع أنابيب الكربون النانوية لمحاكاة أنماط حليمات أوراق الأرز، تختلف زاوية التلامس على طول اتجاه أنابيب الكربون النانوية أو عموديًا عليه. وقد لاحظ صن وزملاؤه ظاهرة التبلل غير المتجانس لغشاء أنابيب الكربون النانوية هذا. [ 43 ] ثم افترضوا واختبروا مصفوفة ثلاثية الأبعاد من أنابيب الكربون النانوية غير المتجانسة، والتي أظهرت بالفعل ظاهرة التبلل غير المتجانس اعتمادًا على تباعد أنابيب الكربون النانوية. [ 46 ]

جناح سيكاديا

تتميز أجنحة حشرة السيكاديا بسطح من أعمدة نانوية متراصة سداسيًا، وقد ثبت أنها تتمتع بخاصية التنظيف الذاتي. [ 40 ] وبالمثل، أظهرت مصفوفات السيليكا النانوية ذات النمط المُنمذج خصائص كارهة للماء، ومضادة للانعكاس، وذاتية التنظيف. [ 40 ] [ 47 ] تبدأ هذه المصفوفات كطبقات أحادية غير متراصة، ويتم تشكيلها عبر سلسلة من خطوات الحفر باستخدام الكلور والأكسجين، ثم غسلها بحمض الهيدروفلوريك. [ 40 ] تشير هذه الخصائص إلى أن هذا النمط السطحي قد يكون مفيدًا في تطبيقات الخلايا الشمسية . [ 40 ] كما تم تصنيع مواد محاكاة حيوية تعتمد على جناح حشرة السيكاديا من أغشية متعدد رباعي فلورو الإيثيلين مع دعامات من الكربون/الإيبوكسي، معالجة بأشعة أيونات الأرجون والأكسجين. [ 48 ] ​​تم تصنيع سطح بنمط مطبوع بتقنية النانو مستوحى من أجنحة حشرة الزيز، وذلك عن طريق التشكيل الكهروكيميائي لصفائح الألومنيوم باستخدام أكسيد الألومينا، واستخدام هذا القالب لتشكيل سطح بوليمري. [ 31 ]

جناح فراشة

تُظهر أجنحة الفراشات أيضًا خصائص تنظيف ذاتي متباينة الخواص، وخصائص فائقة الكراهية للماء. وتُظهر أجنحة الفراشات تباينًا في الخواص على مستوى أحادي البعد، مقارنةً بالمواد البيولوجية الأخرى التي تُظهر تباينًا في الخواص على مستوى ثنائي الأبعاد. [ 40 ] تتكون أجنحة الفراشات من طبقات متداخلة من الحراشف، والتي تتمتع بأفضل خصائص التنظيف الذاتي في الاتجاهات القطرية. [ 40 ] قد يكون لهذا السطح البيني المتباين الخواص أهمية كبيرة في الأسطح البينية القابلة للتحكم بالسوائل. [ 40 ] استُخدمت طبقات الألومينا المُصممة على غرار جناح الفراشة الأصلي لمحاكاة بنية وخصائص أجنحة الفراشات. [ 49 ] بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت هياكل مُحاكاة لأجنحة الفراشات في تصنيع مصاعد ضوئية من ثاني أكسيد التيتانيوم (أناتاز). [ 50 ] كما صُنعت هياكل أجنحة الفراشات باستخدام الترسيب الطبقي القائم على تقنية سول-جل [ 51 ] والقولبة الليثوغرافية المرنة. [ 28 ]

أقدام الوزغة

أقدام الوزغة كارهة للماء، لكن هذه ليست الخاصية الوحيدة التي تُسهم في قدرتها على التنظيف الذاتي. فقد ابتكر إسترادا ولين أليافًا نانوية من البولي بروبيلين والبولي إيثيلين والبولي كابرولاكتون باستخدام قالب مسامي. [ 52 ] وقد ثبت أن هذه الألياف النانوية ذاتية التنظيف بأبعاد 5 و0.6 و0.2 ميكرون. [ 52 ] ومع ذلك، فإن السطح الكاره للماء وحده لا يُفسر نظافة وسادة أصابع الوزغة الدائمة، حتى في البيئات الجافة حيث لا يتوفر الماء للتنظيف الذاتي. ويُعد هذا التلوث الناتج مشكلة شائعة للمواد اللاصقة القابلة للعكس المصممة على غرار وسادة أصابع الوزغة. ويُساهم فرط تمدد الأصابع، أو حركة الإصبع مع كل خطوة للوزغة، في التنظيف الذاتي. [ 53 ] ولم يتم بعد تطوير سطح أو نظام يُحاكي عملية التنظيف الذاتي الديناميكية هذه.

أسطح محاكاة حيوية محبة للماء

صدفة حلزون

صور مجهرية إلكترونية ماسحة (FE-SEM) لغشاء أكسيد الزنك (ZnO) مصنّع صناعيًا ذي بنية هرمية. تُضفي هذه البنية الهرمية على الغشاء خاصية استرطاب عالية. وقد صُممت أسطح أخرى تحاكي البنية الحيوية ببنى مماثلة للتحكم في خصائص التبلل. التكبيرات: (أ) × 800، (ب) × 20000، (ج) × 40000، (د) × 80000.

صدفة الحلزون عبارة عن مركب من الأراغونيت والبروتين، ذات بنية أخاديد هرمية. [ 40 ] تخلق الخشونة المنتظمة لهذه البنية سطحًا محبًا للماء، أي طبقة رقيقة من الماء محصورة على السطح، مما يمنع الزيت من الالتصاق بصدفة الحلزون، وبالتالي يحافظ على نظافتها. وقد ألهمت هذه الخصائص السطحية لصدفة الحلزون شركة INAX لاستخدام أنماط سطحية مماثلة على بلاط السيراميك والهياكل الخزفية، حيث تطبق هذه التقنيات في المطابخ والحمامات. [ 40 ]

قشور السمك

تتكون قشور الأسماك من مركبات فوسفات الكالسيوم المغطاة بطبقة مخاطية. [ 40 ] وقد تم محاكاة خصائص قشور الأسماك باستخدام هيدروجيلات بولي أكريلاميد، التي تتميز بخاصية محبة الماء ومحاكاة قدرة المخاط على الاحتفاظ بالماء. [ 40 ] بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت قشور الأسماك كقالب لتقنية الصب، وكنموذج لتقنيات الطباعة الحجرية والحفر الكيميائي على رقائق السيليكون التي أظهرت زوايا تلامس كارهة للزيت في الماء تبلغ 163° و175° على التوالي. [ 40 ] [ 54 ]

جلد القرش

تم تصنيع نماذج طبق الأصل من جلد سمك القرش باستخدام القوالب والقطع بالليزر، وثبت أنها مقاومة للزيوت في الماء. تستخدم النماذج المقولبة قالبًا سالبًا مصنوعًا من شمع الأسنان بولي فينيل سيلوكسان، بينما صُنع القالب الموجب من الإيبوكسي. [ 55 ] كما أظهرت هذه النماذج أن بنية جلد سمك القرش تقلل من مقاومة السوائل الناتجة عن التدفق المضطرب. وقد تم محاكاة الخصائص الديناميكية للسوائل لجلد سمك القرش في تطبيقات ملابس السباحة والتطبيقات البحرية والفضاء. [ 40 ]

أسطح محاكاة حيوية فائقة المحبة للماء

نبات الإبريق

طوّر وونغ وزملاؤه سطحًا مستوحى من نظام نبات الإبريق. [ 56 ] يُعرف هذا السطح باسم "الأسطح المسامية المشبعة بسائل زلق" (SLIPS)، وهو عبارة عن ركيزة دقيقة أو نانوية المسام، مع سائل تشحيم محصور في مكانه. لكي يعمل النظام، يجب أن يُبلل سائل التشحيم الركيزة بالكامل، وأن يكون ترطيب السطح الصلب بواسطة الركيزة المُشحِّمة أفضل من ترطيب السطح الصلب مقارنةً بالركيزة الطاردة، وأن يكون سائل التشحيم والسائل المتسرب غير قابلين للامتزاج. على الرغم من أن مفهوم SLIPS كان محاكاة حيوية لنبات الإبريق، إلا أنه ليس فائق المحبة للماء بزاوية تلامس تبلغ 116 درجة، مع أنه يصد الدم والزيت. [ 56 ]

مراجع

  1. ↑ باز، ي.؛ لو، ز.؛ رابنبرغ، ل.؛ هيلر، أ. (1995-11-01). "أغشية ثاني أكسيد التيتانيوم الشفافة ذاتية التنظيف بالتفاعلات الضوئية على الزجاج". مجلة أبحاث المواد . 10 (11): 2842-2848 . Bibcode : 1995JMatR..10.2842P . doi : 10.1557/JMR.1995.2842 . ISSN 2044-5326 . S2CID 138230137 .  
  2. ↑ شين، ويغوه؛ تشانغ، تشوانغ؛ لي، تشيو؛ تشانغ، وينشنغ؛ تساو، ليو؛ يي، جيايوان (15 يناير 2015). "تحضير خرسانة ذاتية التنظيف محفزة ضوئيًا ومعدلة بجزيئات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم". مجلة الإنتاج الأنظف . 87 : 762-765 . doi : 10.1016/j.jclepro.2014.10.014 .
  3. 1 2 3 شو، تشيوان؛ تشانغ، وينوين؛ دونغ، تشينبو؛ سريبراساد، ثيروفاكاتيل سرينيفاسان؛ شيا ، تشنهاي (2016/09/01). "أسطح التنظيف الذاتي المحاكاة الحيوية: التوليف والآلية والتطبيقات" . مجلة واجهة الجمعية الملكية . 13 (122) 20160300. دوى : 10.1098/rsif.2016.0300 . ردمك 1742-5689 . بمك 5046942 . بميد 27628170 .   
  4. ↑ وينزل، روبرت ن. (1936-08-01). "مقاومة الأسطح الصلبة للتبلل بالماء". الكيمياء الصناعية والهندسية . 28 (8): 988-994 . doi : 10.1021/ie50320a024 . ISSN 0019-7866 . 
  5. ↑ كاسي، ABD؛ باكستر، S. (1944-01-01). "قابلية ترطيب الأسطح المسامية". معاملات جمعية فاراداي . 40 : 546. doi : 10.1039/tf9444000546 . ISSN 0014-7672 . 
  6. ↑ روتش، بول؛ شيرتكليف، نيل جيه؛ نيوتن، مايكل آي. (22 يناير 2008). "التقدم في تطوير الأسطح فائقة الكراهية للماء". المادة اللينة . 4 (2): 224-240 . Bibcode : 2008SMat....4..224R . doi : 10.1039/B712575P . ISSN 1744-6848 . PMID 32907233 .  
  7. ↑ نويان، محمد أ.؛ غيلهوت، دينيس؛ برونيري، فاليريو (26-10-2016). "أسطح شفافة مُعالجة وظيفيًا ذات قدرة مُحسّنة على التنظيف الذاتي ضد تلوث رذاذ الحبر". تقنيات المواد المتقدمة . 2 (1) 1600113. doi : 10.1002/admt.201600113 . hdl : 2117/103886 . ISSN 2365-709X . S2CID 59448880 .  
  8. ↑ أسطح بصرية ذاتية التنظيف لصناعة الطباعة النافثة للحبر والطباعة ثلاثية الأبعاد
  9. يان، واي واي؛ غاو، إن؛ بارثلوت، دبليو. (12-12-2011). "محاكاة الأسطح فائقة الكراهية للماء الطبيعية وفهم عملية التبلل: مراجعة للتقدم الأخير في تحضير الأسطح فائقة الكراهية للماء". التقدم في علوم الغرويات والأسطح البينية . 169 (2): 80-105 . doi : 10.1016 /j.cis.2011.08.005 . PMID 21974918 . 
  10. 1 2 بهوشان، بهارات؛ جونغ، يونغ تشاي (2011-01-01). "أسطح اصطناعية طبيعية ومحاكاة حيوية لتحقيق خاصية النفور الشديد من الماء، والتنظيف الذاتي، وانخفاض الالتصاق، وتقليل الاحتكاك" . التقدم في علوم المواد . 56 (1): 1-108 . doi : 10.1016/j.pmatsci.2010.04.003 .
  11. ↑ سماحة، محمد أ.؛ جاد الحق، محمد (30-04-2014). "الطلاءات البوليمرية الزلقة: طبيعتها وتطبيقاتها" . بوليمرات . 6 (5): 1266-1311 . doi : 10.3390/polym6051266 .
  12. ^ لافوما، أوريلي؛ كيري، ديفيد (2003). “الحالات فائقة الكارهة”. مواد الطبيعة . 2 (7): 457– 460. بيب كود : 2003NatMa...2..457L . دوى : 10.1038/نمات924 . بميد 12819775 . S2CID 19652818 .  
  13. ↑ كوخ، كيرستين؛ بهوشان، بهارات؛ بارثلوت، فيلهلم (2009-02-01). "البنى السطحية متعددة الوظائف للنباتات: مصدر إلهام للمحاكاة الحيوية". التقدم في علوم المواد . 54 (2): 137-178 . doi : 10.1016/j.pmatsci.2008.07.003 .
  14. ↑ بهوشان، بهارات؛ جونغ، يونغ تشاي (2006). "الخصائص الميكروية والنانوية لأسطح أوراق النباتات الكارهة للماء والمحبة للماء". تقنية النانو . 17 (11): 2758-2772 . Bibcode : 2006Nanot..17.2758B . doi : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 . 
  15. ↑ بيرتون، زاكاري؛ بهوشان، بهارات (1 يونيو 2006). "توصيف السطح وخصائص الالتصاق والاحتكاك لأسطح الأوراق الكارهة للماء". المجهرية الفائقة . وقائع المؤتمر الدولي السابع حول مجهر المسح المجهري، وأجهزة الاستشعار، والتركيبات النانوية. 106 ( 8-9 ): 709-719 . doi : 10.1016/j.ultramic.2005.10.007 . PMID 16675115 . 
  16. ↑ كوخ، كيرستين؛ بهوشان، بهارات؛ بارتلوت، فيلهلم (10-09-2008). "تنوع بنية وشكل وترطيب أسطح النباتات". المادة اللينة . 4 (10): 1943. Bibcode : 2008SMat....4.1943K . doi : 10.1039/b804854a . ISSN 1744-6848 . 
  17. ↑ بهوشان، بهارات؛ جونغ، يونغ تشاي؛ كوخ، كيرستين (13 مايو 2009). "هياكل دقيقة ونانوية وهرمية لتحقيق خاصية النفور الشديد من الماء، والتنظيف الذاتي، وانخفاض الالتصاق". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن أ: العلوم الرياضية والفيزيائية والهندسية . 367 (1894): 1631-1672 . Bibcode : 2009RSPTA.367.1631B . doi : 10.1098 / rsta.2009.0014 . ISSN 1364-503X . PMID 19376764. S2CID 23334474 .   
  18. 1 2 نينهاوس، سي.؛ بارثلوت، دبليو. (1997-06-01). "توصيف وتوزيع أسطح النباتات ذاتية التنظيف والطاردة للماء" . حوليات علم النبات . 79 (6): 667-677 . doi : 10.1006/anbo.1997.0400 . ISSN 0305-7364 . 
  19. ↑ بارثلوت، دبليو؛ نينهاوس، سي. (1997-04-01). "طهارة اللوتس المقدس، أو النجاة من التلوث في الأسطح البيولوجية". بلانتا . 202 (1): 1-8 . doi : 10.1007/s004250050096 . ISSN 0032-0935 . S2CID 37872229 .  
  20. ↑ غو، تشيغوانغ؛ ليو، ويمين (2007-06-01). "محاكاة حيوية لأوراق النباتات فائقة الكراهية للماء في الطبيعة: بنية ثنائية وبنية أحادية". علوم النبات . 172 (6): 1103-1112 . doi : 10.1016/j.plantsci.2007.03.005 .
  21. ↑ بون، هولجر ف.؛ فيدرلي، والتر (28-09-2004). "انزلاق الحشرات على الماء: نباتات الإبريق من نوع نيبينثيس تصطاد فرائسها بواسطة الغشاء المحيط بالفم، وهو سطح غير متجانس قابل للتبلل بالكامل ومُشحم بالماء" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 101 (39): 14138-14143 . doi : 10.1073/pnas.0405885101 . ISSN 0027-8424 . PMC 521129. PMID 15383667 .   
  22. ↑ باور، أولريك؛ غراف، تي. أولمار؛ فيدرلي، والتر (2011-06-01). "أدلة على استراتيجيات اصطياد بديلة في شكلين من نبات الإبريق، نيبينثيس رافليسيانا" . مجلة علم النبات التجريبي . 62 (10): 3683-3692 . doi : 10.1093/jxb/err082 . ISSN 0022-0957 . PMC 3130184. PMID 21459766 .   
  23. ↑ تشنغ، يونغمي؛ غاو، شيويه فنغ؛ جيانغ، لي (23 يناير 2007). "الالتصاق الاتجاهي لأجنحة الفراشات فائقة الكراهية للماء". المادة اللينة . 3 (2): 178-182 . Bibcode : 2007SMat....3..178Z . doi : 10.1039/b612667g . ISSN 1744-6848 . PMID 32680261. S2CID 98257916 .   
  24. ↑ غاو، شيويه فنغ؛ جيانغ، لي (2004). "الفيزياء الحيوية: أرجل طاردة للماء لدى حشرات الماء" . مجلة نيتشر . 432 (7013): 36. Bibcode : 2004Natur.432...36G . doi : 10.1038/432036a . PMID 15525973 . 
  25. ↑ فينغ، شي-تشياو؛ غاو، شيويه فنغ؛ وو، زينيو؛ جيانغ، لي؛ تشنغ، كوان-شوي (1 أبريل 2007). "مقاومة فائقة للماء لأرجل حشرات الماء ذات البنية الهرمية: تجارب وتحليل". لانغمير . 23 (9): 4892-4896 . doi : 10.1021/la063039b . ISSN 0743-7463 . PMID 17385899 .  
  26. ↑ فول، روبرت جيه؛ أوتمن، كيلار؛ ليانغ، ييتشينغ أ؛ هسيه، إس. تونيا؛ زيش، وولفغانغ؛ تشان، واي بانغ؛ كيني، توماس دبليو؛ فيرينغ، رونالد (2000). "قوة الالتصاق لشعرة قدم واحدة من الوزغة". مجلة نيتشر . 405 (6787): 681-685 . Bibcode : 2000Natur.405..681A . doi : 10.1038/35015073 . PMID 10864324. S2CID 4430651 .  
  27. ↑ أوتمن، كيلار؛ سيتي، متين؛ ليانغ، ييتشينغ أ.؛ بيتي، آن م.؛ هانسن، ويندي ر.؛ سبونبرغ، سيمون؛ كيني، توماس و.؛ فيرينغ، رونالد؛ إسرائيلاتشفيلي، جاكوب ن. (17-09-2002). "دليل على التصاق فان دير فالس في شعيرات الوزغة" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 99 (19): 12252-12256 . doi : 10.1073/pnas.192252799 . ISSN 0027-8424 . PMC 129431. PMID 12198184 .   
  28. 1 2 بيكسلر، غريغوري د.؛ بهوشان، بهارات (23-10-2012). "هياكل سطحية مستوحاة من أوراق الأرز وأجنحة الفراشات تجمع بين تأثيرات جلد القرش وزهرة اللوتس". المادة اللينة . 8 (44): 11271. رمز Bibcode : 2012SMat....811271B . doi : 10.1039/c2sm26655e . ISSN 1744-6848 . 
  29. 1 2 3 4 5 لي، شو-مي؛ راينهودت، ديفيد؛ كريغو-كالاما، مرسيدس (10 يوليو/تموز 2007). "ما الذي نحتاجه لسطح فائق الكراهية للماء؟ مراجعة للتقدم الأخير في تحضير الأسطح فائقة الكراهية للماء". مجلة الجمعية الكيميائية . 36 (8): 1350-1368 . doi : 10.1039/b602486f . ISSN 1460-4744 . PMID 17619692 .  
  30. ^ صن ، مانهوي. لو، تشونشيونغ؛ شو، لوبينج؛ جي، هانغ؛ أويانغ، تشي؛ يو، دابنغ؛ تشن يونغ (2005/09/01). “ورقة اللوتس الاصطناعية بواسطة Nanocasting”. لانجميور . 21 (19): 8978-8981 . دوى : 10.1021 / la050316q . ردمك 0743-7463 . بميد 16142987 .  
  31. 1 2 لي، وو؛ جين، مي كيونغ؛ يو، وون تشول؛ لي، جين كيو (2004-08-01). "التشكيل النانوي لركيزة بوليمرية ذات تضاريس محددة بدقة على مقياس النانومتر وقابلية ترطيب سطحية مصممة خصيصًا". لانغمير . 20 (18): 7665-7669 . doi : 10.1021/la049411+ . ISSN 0743-7463 . PMID 15323517 .  
  32. ↑ سوه، كاب ي.؛ جون، سانغيونغ (1 يوليو 2005). "التحكم في قابلية ترطيب أسطح بولي إيثيلين جليكول باستخدام الطباعة الحجرية الشعرية". لانغمير . 21 (15): 6836-6841 . doi : 10.1021/la050878 . ISSN 0743-7463 . PMID 16008394 .  
  33. ↑ باكنال، ديفيد ج. (2005-01-01). تقنيات الطباعة النانوية والتشكيل في الإلكترونيات الدقيقة . دار وود هيد للنشر. ISBN 978-1-84569-090-8. OCLC 62711107 . 
  34. ↑ جيونغ، هون إي؛ لي، جين كوان؛ كيم، هونغ نام؛ مون، سانغ هيوب؛ سوه، كاب واي. (2009-04-07). "مادة لاصقة جافة غير قابلة للانتقال مع شعيرات نانوية بوليمرية هرمية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 106 (14): 5639-5644 . Bibcode : 2009PNAS..106.5639J . doi : 10.1073/pnas.0900323106 . ISSN 0027-8424 . PMC 2667085. PMID 19304801 .   
  35. 1 2 فورستنر، راينر؛ بارتلوت، فيلهلم؛ نينهاوس، كريستوف؛ والزل، بيتر (2005-02-01). "خصائص التبلل والتنظيف الذاتي للأسطح فائقة الكراهية للماء الاصطناعية". لانغمير: مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية للأسطح والغرويات . 21 (3): 956-961 . doi : 10.1021/la0401011 . ISSN 0743-7463 . PMID 15667174 .  
  36. ↑ مينكو، سيرجي؛ مولر، ماركوس؛ موتورنوف، ميخائيل؛ نيتشكه، ميركو؛ غروندكه، كارينا؛ ستام، مانفريد (1 أبريل 2003). "أسطح ذاتية التكيف ذات بنية ثنائية المستوى بخصائص قابلة للتعديل بشكل عكسي". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 125 (13): 3896-3900 . doi : 10.1021/ja0279693 . ISSN 0002-7863 . PMID 12656624 .  
  37. ↑ الطلاءات ذاتية التنظيف، المحرر: جون هوي هي، الجمعية الملكية للكيمياء، كامبريدج 2017، https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-399-1
  38. ١ ٢ هوسونو، إيجي؛ فوجيهارا، شينوبو؛ هونما، إيتارو؛ تشو، هاوشين (٢٠٠٥-١٠-٠١). "غشاء نانوي عمودي فائق الكراهية للماء بتقنية البناء من الأسفل إلى الأعلى". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . ١٢٧ (٣٩): ١٣٤٥٨-١٣٤٥٩ . doi : 10.1021/ja053745j . ISSN ٠٠٠٢-٧٨٦٣ . PMID ١٦١٩٠٦٨٤ .  
  39. ↑ بهوشان، بهارات؛ جونغ، يونغ تشاي (2006). "الخصائص الميكروية والنانوية لأسطح أوراق النباتات الكارهة للماء والمحبة للماء". تقنية النانو . 17 (11): 2758-2772 . Bibcode : 2006Nanot..17.2758B . doi : 10.1088/0957-4484/17/11/008 . S2CID 135920339 . 
  40. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 نيشيموتو، شونسوكي؛ بهوشان، بهارات (11-12-2012). "أسطح ذاتية التنظيف مستوحاة من الطبيعة تتميز بخاصية النفور الشديد من الماء، والنفور الشديد من الزيت، والمحبة الشديدة للماء". RSC Adv . 3 (3): 671–690 . doi : 10.1039/c2ra21260a . ISSN 2046-2069 . 
  41. ↑ لاو، كينيث كيه إس؛ بيكو، خوسيه؛ تيو، كينيث بي كيه؛ تشوالا، مانيش؛ أماراتونغا، جيهان إيه جيه؛ ميلن، ويليام آي؛ ماكينلي، غاريث إتش؛ غليسون، كارين كيه. (1 ديسمبر 2003). "غابات أنابيب الكربون النانوية فائقة الكراهية للماء". رسائل نانو . 3 (12): 1701-1705 . رمز Bibcode : 2003NanoL...3.1701L . CiteSeerX 10.1.1.467.2028 . doi : 10.1021/nl034704t . ISSN 1530-6984 .  
  42. ↑ جونغ، يونغ تشاي؛ بهوشان، بهارات (22-12-2009). "هياكل هرمية مركبة من أنابيب الكربون النانوية ذات متانة ميكانيكية فائقة، تتميز بخاصية النفور الشديد من الماء، والتنظيف الذاتي، ومقاومة منخفضة للماء". ACS Nano . 3 (12): 4155–4163 . doi : 10.1021/nn901509r . ISSN 1936-0851 . PMID 19947581 .  
  43. 1 2 3 4 صن، تاولي؛ فنغ، لين؛ غاو، شيويه فنغ؛ جيانغ، لي (2005-08-01). "أسطح مستوحاة من الطبيعة ذات قابلية ترطيب خاصة". مجلة أبحاث الكيمياء . 38 (8): 644-652 . doi : 10.1021/ar040224c . ISSN 0001-4842 . PMID 16104687 .  
  44. ↑ إيبرت، دانيال؛ بهوشان، بهارات (15 فبراير 2012). "أسطح متينة ذات تأثير اللوتس وبنية هرمية باستخدام جزيئات السيليكا الكارهة للماء ذات الأحجام الميكروية والنانوية". مجلة علوم الغرويات والأسطح البينية . 368 (1): 584-591 . Bibcode : 2012JCIS..368..584E . doi : 10.1016/j.jcis.2011.09.049 . PMID 22062688 . 
  45. ↑ فينغ، ل.؛ لي، س.؛ لي، ي.؛ لي، هـ.؛ تشانغ، ل.؛ تشاي، ج.؛ سونغ، ي.؛ ليو، ب.؛ جيانغ، ل. (17-12-2002). "الأسطح فائقة الكراهية للماء: من الطبيعية إلى الاصطناعية". المواد المتقدمة . 14 (24): 1857-1860 . Bibcode : 2002AdM....14.1857F . doi : 10.1002/adma.200290020 . ISSN 1521-4095 . S2CID 137276048 .  
  46. ↑ صن، تاولي؛ وانغ، غوجي؛ ليو، هوان؛ فنغ، لين؛ جيانغ، لي؛ تشو، داوبن (1 ديسمبر 2003). "التحكم في قابلية ترطيب غشاء من أنابيب الكربون النانوية المتراصة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 125 (49): 14996-14997 . doi : 10.1021/ja038026o . ISSN 0002-7863 . PMID 14653728 .  
  47. ^ مين، وي لون؛ جيانغ بن. جيانغ ، بنغ (2008/10/17). “طلاءات مضادة للانعكاس ذاتية التنظيف مستوحاة من الحيوية”. مواد متقدمة . 20 (20): 3914–3918 . بيب كود : 2008AdM....20.3914M . دوى : 10.1002/adma.200800791 . ردمك 1521-4095 . S2CID 137379916 .  
  48. ↑ لي، يونغ جونغ؛ يو، يونغ هون؛ كيم، جي هون؛ ويدياريني، سريوليانتي؛ بارك، باي هو؛ بارك، هون تشول؛ يون، كوانغ جون؛ بيون، دو يونغ (2009). "محاكاة جناح حشرة فائق الكراهية للماء عن طريق معالجة غشاء متعدد رباعي فلورو الإيثيلين بشعاع أيونات الأرجون والأكسجين". مجلة الهندسة الحيوية . 6 (4): 365-370 . doi : 10.1016/s1672-6529(08)60130-4 . S2CID 136671422 . 
  49. ↑ هوانغ، جينغيون؛ وانغ، شودونغ؛ وانغ، تشونغ لين (1 أكتوبر 2006). "الاستنساخ المُتحكم به لأجنحة الفراشة لتحقيق خصائص ضوئية قابلة للضبط". رسائل نانو . 6 (10): 2325-2331 . رمز Bibcode : 2006NanoL...6.2325H . doi : 10.1021/nl061851t . ISSN 1530-6984 . PMID 17034105 .  
  50. ^ تشانغ وانغ. تشانغ، دي؛ فان، تونجكسيانج؛ قو، جياجون؛ دينغ، جيان. وانغ، هاو؛ قوه تشيشين. أوجاوا ، هيروشي (2009/01/13). “بنية ضوئية جديدة مصبوبة من موازين جناح الفراشة”. كيمياء المواد . 21 (1): 33-40 . دوى : 10.1021/cm702458p . ISSN 0897-4756 . 
  51. ↑ ويذرسبون، مايكل ر.؛ كاي، يي؛ كرني، ماتيجا؛ سرينيفاساراو، موهان؛ ساندهاج، كينيث هـ. (29-09-2008). "هياكل ثلاثية الأبعاد قائمة على ثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل ذات مورفولوجيا تشبه حراشف أجنحة الفراشات". Angewandte Chemie International Edition . 47 (41): 7921–7923 . doi : 10.1002/anie.200801311 . ISSN 1521-3773 . PMID 18773402 .  
  52. 1 2 إسترادا أ.، إس. أدريانا؛ لين، هونغ-رو (2017-03-01). "تصنيع وسادات أصابع الوزغة المحاكية بيولوجيًا وخصائصها". هندسة وعلوم البوليمرات . 57 (3): 283-290 . doi : 10.1002/pen.24411 . ISSN 1548-2634 . 
  53. ↑ هو، شيهو؛ لوبيز، ستيفاني؛ نيوياروفسكي، بيتر هـ.؛ شيا، تشنهاي (2012-11-07). "التنظيف الذاتي الديناميكي في شعيرات الوزغة عبر فرط تمدد الأصابع" . مجلة الجمعية الملكية للعلوم البينية . 9 (76): 2781-2790 . doi : 10.1098/rsif.2012.0108 . ISSN 1742-5689 . PMC 3479896. PMID 22696482 .   
  54. ↑ ليو، مينغجي؛ وانغ، شوتاو؛ وي، تشي شيانغ؛ سونغ، يانلين؛ جيانغ، لي (9 فبراير 2009). "أسطح فائقة الكراهية للزيوت: تصميم مستوحى من الطبيعة لسطح بيني فائق الكراهية للزيوت ومنخفض الالتصاق بين الماء والمواد الصلبة". مواد متقدمة . 21 (6). doi : 10.1002/adma.200990018 . ISSN 1521-4095 . 
  55. ↑ جونغ، يونغ تشاي؛ بهوشان، بهارات (15-12-2009). "سلوك ترطيب قطرات الماء والزيت في الأسطح البينية ثلاثية الأطوار لخاصية كراهية/محبة الماء وكراهية/محبة الزيت". لانغمير . 25 (24): 14165-14173 . doi : 10.1021/la901906h . ISSN 0743-7463 . PMID 19637877 .  
  56. وونغ ، تاك سينغ؛ كانغ، سونغ هون؛ تانغ، سيندي كي واي؛ سميث، إليزابيث جيه؛ هاتون، بنجامين دي؛ غرينثال، أليسون؛ آيزنبرغ، جوانا (2011). "أسطح زلقة ذاتية الإصلاح مستوحاة من الطبيعة ذات خاصية كراهية شاملة مستقرة تحت الضغط" ( ملف PDF) . مجلة نيتشر . 477 (7365): 443-447 . Bibcode : 2011Natur.477..443W . doi : 10.1038/nature10447 . PMID : 21938066. S2CID : 4300247 .