不結冰珠的表面! Design of Ice-free Nanostructured Surfaces

雖然台灣很少有雪, 也沒有冰風暴, 但是在寒冷的國家, 怎麼讓表面不結冰是很重要的問題. 一般的方式有利用對表面加熱或是利用甘油,鹽等物質來除冰. 這些方法不是耗能就是會造成環境污染. 下面的影面介紹在不同的表面其實水珠結冰的過程非常不一樣. 現在的奈米科技可以藉由控制表面的微結構來控制疏水性. 影片是用10000FPS拍攝的水珠滴落30度斜面的表面上結冰的過程. 在一般的表面, 當水珠攤平的時候就同時結冰了, 在疏水性的表面會在水珠回聚之後才結冰, 如果是超疏水表面水珠就直接彈走不結冰. 這研究展示不同的表面怎麼影響熱傳跟水珠的結冰過程, 以後或許可以用在汽車或是房屋上來控制結冰的程度.
學術文獻
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表面處理與濺水花 ! Nano-coating makes for an awesome splash

一般處理大的物體的在水面下的流體力學問題的時候, 都是假設不滑動的邊界條件, 也因為這樣親水跟疏水性的表面其實差異不大. 因為實際量到的邊界滑動層都是在奈米等級, 對巨觀物體的流體效應幾乎沒有影響. 但是, 在其他方面可不一定是這樣! 這兩個影片展示出當掉下的玻璃球進入水面的時候, 不同的表面處理會有多大的差異. 第一個影片的玻璃球經過清洗後有乾淨表面, 在入水的時後非常平順, 只激起小水花. 第二個影片的玻璃球有做表面疏水處理, 在入水的時候就濺起了大水花. 雖然是一樣外型的物體卻有著截然不同的反應. 這樣的表面知識會對設計一些液氣介面運行元件, 或是泳衣設計上提供更正確的設計方向.



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鯊魚的表面跟感染防治! Surface Technology Designed to Prevent Hospital Acquired Infections

在醫療上如果能夠防止在醫院的細菌感染可以幫助很多免疫不好的病人. 現在一般的抗菌方式不外乎是利用殺菌藥品處理表面, 使用可自動釋放藥品的表面, 或是利用表面的奈米顆粒的催化性質殺死在上面的細菌. 這影片介紹利用仿鯊魚的表面而做的表面貼紙. 因為鯊魚皮膚表面有很多特殊花紋的微結構, 這些微結構會使得細菌很難附著, 因為難附著, 產生生物膜的機制也會被抑制. 只要把有這種這種微結構的貼紙貼在不同人容易觸摸的地方,　像是把手或是水龍頭, 就可以減少人間經由共同觸摸而傳播的細菌. 這樣的科技或許還能用在其他像是水管這種有生物膜危害的地方. 另一方面, 也許不同的還生物發展出更多種的表面在做更多事情, 就等科學家去發現了.

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壁虎的秘密武器-尾巴!Acrobatic geckos steer with their tails

現在已經知道壁虎的腳上有很多的奈米纖維, 可以幫助牠對牆壁的附著. 但是, 其實壁虎還有一個秘密武器, 就是牠的尾巴. 這影片介紹了一些壁虎尾巴的作用, 第一個是當壁虎手沒有抓好的時候, 尾巴會幫助抓住牆壁; 第二個是當兩手都沒有抓好的時候, 尾巴可以利用附著的後腳當支點, 把壁虎押回牆壁. 第三個是在滑形的時候, 可以幫忙壓空氣使身體穩定; 最後, 也是最特別的就是當壁虎不小心掉落的時候, 可以利用尾巴跟身體轉不同方向, 使得即使在角動量守恆的情況下, 壁虎都可以用腳著地, 避免摔傷. 既然尾巴是這麼有用的秘密武器, 一些研究人員也開始'想, 不如幫也需要做跟壁虎類似工作的爬牆機器人也都加上尾巴 !


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高分子類金屬膜! A film that has a metallic sheen, without using metal

金屬的表面光澤常能增加美觀提升質感. 但是金屬因為重量跟價格, 在很多場合只能用容易脫落的表面電鍍取代.現在有公司利用控制奈米結構的方式在高分子膜上作出類似金屬的光澤. 金屬的反射是因為表面的自由電子可以反射全波長的可見光, 而新膜的的原理則類似多層的電介質反射膜的作用, 不同波長的光, 可以被不同厚度跟折射率的高分子層經由干涉而反射, 而達到幾乎全波長光的反射. 展出的材料在100微米內有1000層PS跟PET高分子交疊. 這種膜可如同塑膠被熱壓加工也不干擾電磁波. 可能可以被應用在目前是用金屬或是金屬鍍膜使用的地方, 像是手機或是筆記型電腦上.


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世界最小電晶體問世：僅由7個原子構成

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/abs/nnano.2010.95.html

美國與澳大利亞科學家成功製造出世界上最小的電晶體——由7個原子在單晶矽表面構成的一個“量子點”，標誌著我們向計算能力的新時代邁出了重要一步。

　　量子點(quantum dot)是奈米大小的發光晶體，有時也被稱為“人造原子”。雖然這個量子點非常小，長度只有十億分之四米，但卻是一台功能健全的電子設備，也是世界上第一台用原子故意造出來的電子設備。它不僅能用於調節和控制像商業電晶體這樣的設備的電流，而且標誌著我們向原子刻度小型化和超高速、超強大電腦新時代邁出的重要一步。

　　澳大利亞新南威爾士大學量子電腦技術中心(CQCT)和美國威斯康星大學麥迪遜分校研究人員組成的一個聯合小組在最新一期的《自然—奈米技術》(Nature Nanotechnology)雜誌上詳細描述了這一發現。參與這項研究的量子電腦技術中心主任米歇爾-西蒙斯(Michelle Simmons)教授說：“這項成就的重要性在於，我們不是令原子活動或是在顯微鏡下觀測原子，而是操縱單個原子，以原子精度將其置於表面，以製造能工作的電子設備。”

　　“澳大利亞研究小組已可以完全利用晶體硅製造電子設備，我們在晶體硅上面用磷原子替換了7個硅原子，並達到了驚人的精確度。這是重大的科技成就，是表明製造‘終極電腦’(用硅原子製造的量子電腦)可行性的關鍵一步。”將原子置於某個物體表面的技術——掃描隧穿顯微鏡——已問世二十年之久。在此之前，沒人能利用該技術去製造原子精度的電子設備，然後令其處理來自微觀世界的電子輸入。

　　西蒙斯教授說：“電子設備究竟能有多小？我們正在驗證它的極限。澳大利亞的第一台電腦在1949年上市，它佔據了整個房間，你只能用手拿著零部件。今天，你可以將電腦放在手掌上，許多零部件的直徑甚至只是一根頭髮直徑的千分之一。”

　　“現在我們已經展示了世界上第一台用硅材料在原子刻度下系統性製造的電子設備。這不僅對電腦用戶具有特別的意義，對所有澳大利亞人來說都極為重要。過去50年來，電子設備小型化一直是驅動全球經濟生產率快速增長的關鍵因素。我們的研究表明，這個進程仍可以繼續。”

　　美澳聯合研究小組的主要目標是用硅原子製造量子電腦，澳大利亞人在該領域擁有獨一無二的人力資源，同時處於世界領先地位。這臺新電子裝置表明，實現設備在原子刻度下製造和測量的技術已經開始來臨。

　　目前，商業電晶體閘極(transistor gate，該裝置可令電晶體充當電流的放大器或開關)的長度約為40奈米(1奈米相當於十億分之一米)，量子電腦技術中心的研究團隊正在開發長度僅為 0.4奈米的設備。

　　西蒙斯教授指出，20年前，唐-艾格勒(Don Eigler)和埃哈德-施魏策爾(Erhard Schweizer)在IBM公司的阿爾馬登研究中心，用氙原子造出了IBM公司的標識，這也是當時世界上最小的標識。二人利用一台掃描隧穿顯微鏡，將 35個氙原子置於鎳表面，拼出了“IBM”三個字母。

　　艾格勒和施魏策爾的研究論文發表于《自然》雜誌上，他們寫道：“設備小型化的基本原理是顯而易見的”。二人還在論文中多次提出警告，並在最後總結說：“原子刻度的邏輯電路和其他設備的前景距離我們有些遙遠。”西蒙斯教授說：“當時看似遙遠的事情如今變成了現實。我們利用這種顯微鏡不僅可以觀測或熟練操作原子，還能用7個原子製造原子精度的設備，令其在真實的環境中工作。”
http://big5.chinabroadcast.cn/gate/big5/gb.cri.cn/27824/2010/05/26/782s2864388.htm

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槐葉萍“超級疏水性”的奧秘 The Salvinia Paradox: Superhydrophobic Surfaces with Hydrophilic Pins for Air Retention Under Water

http://www3.interscience.wiley.com/journal/123393824/abstract

新華網柏林５月４日電（報道員周谷風）德國波恩大學４日發表公報說，德國科研人員發現了人厭槐葉萍“超級疏水性”的奧秘。如果給船體刷上具有類似疏水性的倣生涂層，可大大降低船只行進過程中與水的摩擦，從而節省燃油。

　　人厭槐葉萍是一種浮水性水生植物。這種植物極不易被水沾濕。把它浸入水中，再取出，上面挂的水珠馬上就會全部滴落。更準確地說，它在水下根本就沒有被真正浸濕。在水下時其葉片表層會形成極薄的一層空氣膜，從而避免葉片與水直接接觸。材料學家稱其為“超級疏水性”。

　　波恩大學植物多樣性研究所等機構的研究人員發現，人厭槐葉萍的表面有許多叢生的放射狀微茸毛，而這些茸毛的尖端十分親水。入水後，這種植物能夠將水分子鎖定在茸毛尖端，令尖端到葉面的空氣層得到有效保護。

　　研究人員認為，效倣人厭槐葉萍表面結構制造新型涂層將會有廣闊的應用前景。以船運為例，目前船只的驅動能有一半以上被船體與水的摩擦消耗掉了。如果能通過特殊涂層在船體表面形成空氣膜，船與水摩擦而造成能耗則能降低１０％，因而可以大量節省燃油。此外，這一技術還能用于制造速幹浴衣等方面。

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壓出來的玻璃鏡頭! Optical Technology Using Imprinting

傳統上的鏡頭是利用有弧度的表面來控制光的折射, 但是也有另一類的鏡頭是利用微小結構來達成, 像是一些平面同心圓的放大鏡. 一般來說這類的技術是用壓鑄來達成, 這也限制了只能用在比較軟的材料上, 像是塑膠或是高分子. 這影片展出了日本最近發展的技術, 同時改進了玻璃的材料跟壓鑄母版的材料(使用SiC), 讓直接在玻璃上壓鑄成型變成可能. 影片中展出的是壓出來的抗反射膜. 不同於一般的多層電介質鍍膜, 這種抗反射膜只有玻璃本身而已, 卻也能達成一樣的效果. 由這可以看出這技術的可能性. 如果這些直接對玻璃壓鑄的加工方式成熟了, 以後光學鏡頭就有可能變的更小更輕也更便宜!

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會走迷宮的液滴! 'Intelligent' droplet

一般以為一定要生物才會有看似智慧的行為, 其實不一定喔! 最近發現越來越多的物理化學行為看起來也很有智慧. 這影片介紹一種會自己走迷宮的液滴. 只要把這種液滴放在迷宮的入口. 他就會自己找到出口. 原理是利用這種液滴在背景的液體裡的時候, 表面的一層鹼性的分子可以跟液體中的酸起反應, 這樣的反應會改變液滴的表面張力, 使得液滴因為表面的表面張力梯度而變形跟使得周圍的液體產生流動, 讓這種液滴自己運動行走起來. 研究人員把酸的來源放在出口, 然後把液滴放在入口, 在這種液滴就會看起來很聰明的根據酸的濃度梯度, 走出迷宮喔!
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學術文獻
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表面處理與濺水花 ! Nano-coating makes for an awesome splash

一般處理大的物體的在水面下的流體力學問題的時候, 都是假設不滑動的邊界條件, 也因為這樣親水跟疏水性的表面其實差異不大. 因為實際量到的邊界滑動層都是在奈米等級, 對巨觀物體的流體效應幾乎沒有影響. 但是, 在其他方面可不一定是這樣! 這兩個影片展示出當掉下的玻璃球進入水面的時候, 不同的表面處理會有多大的差異. 第一個影片的玻璃球經過清洗後有乾淨表面, 在入水的時後非常平順, 只激起小水花. 第二個影片的玻璃球有做表面疏水處理, 在入水的時候就濺起了大水花. 雖然是一樣外型的物體卻有著截然不同的反應. 這樣的表面知識會對設計一些液氣介面運行元件, 或是泳衣設計上提供更正確的設計方向.
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壁虎腳上的秘密 Geckos inspire experimental adhesive

壁虎可以用任意的角度在牆壁上爬來爬去, 現在壁虎腳上的秘密已經被用來做成新一代的黏著材料了. 壁虎是靠著腳上的小細毛, 依造不同的施力角度可以黏住還是放開表面. 科學家利用在矽晶上長上奈米碳管而得到了同樣的功效! 影片中那小小一片在平行貼附的情況下可以承受到一公斤多! 這樣的技術對防滑鞋還是手套的功能都有很大的幫助. 嗯..要謝謝犧牲在研究上的壁虎喔!
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不准靠近電極!! 利用表面張力控制的電池

經由電壓控制表面張力, 想自放電都沒辦法 !
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