灵感源于北极熊和壁虎！新型纳米纤维序列将能防水、绝缘甚至发光

以北极熊皮毛和壁虎脚为灵感的高科技地毯可能会为我们带来新的粘性或绝缘表面。

工程师们已经开发出一种最先进的方法，利用自然界中存在的材料制作纳米纤维阵列。

它们可能会给我们带来具有粘性、防水性、绝缘甚至发光的涂料。

该研究的资深作者、密歇根大学化学工程教授Joerg Lahann说:“这和我所见过的任何东西都不一样，甚至我以前会觉得这是不可能的。”

研究人员几乎是偶然发现了一种制造纤维阵列的新方法，这种纤维阵列比人类头发还要细几百倍。

北极熊的毛发是为了让光线进入，同时防止热量流失。

防水的荷叶上覆盖着微小的蜡状小管。

抗重力壁虎足部的纳米级毛发与其他表面的距离如此之近，以至于原子间的引力开始发挥作用。

研究人员试图模仿这种“超能力”，而且还需要一种方法来制造出能够完成这项工作的微型阵列。

Lahann教授说:“从根本上说，这是一种完全不同的制造纳米纤维阵列的方法。”

研究人员发现，它们的纳米纤维像荷叶一样排斥水。

他们培育出了直的和弯曲的纤维，并测试了它们是如何像维可牢(Velcro)(一个粘扣带或魔术贴品牌的商标)一样粘在一起的——他们发现顺时针和逆时针的扭曲纤维比两排直的纤维能更紧密地结合在一起。

他们还试验了光学性能，制造出一种发光的材料。

研究小组认为，有可能制造出一种像北极熊皮毛一样的结构，其中的单个纤维结构可以引导光线。

但是分子地毯并不是最初的计划。

Lahann教授的团队与Nicholas Abbott教授合作，后者当时是威斯康辛-麦迪逊大学的化学工程教授，他们将链状分子的薄膜，即高分子聚合物，置于液晶之上。

液晶以其在电视和电脑屏幕等显示器上的应用而闻名。他们试图制造能探测单个分子的传感器。

Lahann教授提供了制造薄膜的专业知识，Abbott教授则负责液晶的设计和生产。

在典型的实验中，Lahann教授的团队将链中的单个链接蒸发，并诱导它们浓缩到表面。

但是聚合物薄膜有时并没有像预期的那样出现。

Abbott教授说:“这一发现强化了我的观点，即科学和工程领域最好的进步发生在事情没有按计划进行的时候。”

他说：“你只要保持警觉，把失败的实验视为机遇就行了。”

这些链接没有覆盖在液晶的顶部，而是滑入液体，在玻璃载片上相互连接。

然后，液晶引导纳米纤维从底部生长，形成纳米级的地毯。

Abbott教授说:“液晶是一种相对无序的流体，但它可以模式化纳米纤维的形成，具有非常明确的长度和直径。”

它们不仅仅是形成直线。根据液晶的不同，它们可以产生弯曲的纤维，比如微小的香蕉或楼梯。

Lahann教授补充说:“我们对化学、纤维的类型、纤维的结构以及我们如何存放它们有很大的控制。”

“这给我们现在设计表面的方式增加了很多复杂性;不仅仅是二维的薄膜，而是三维的。”

这项研究结果发表在《科学》杂志上。