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標題: 蝴蝶翅膀有超疏水表面能減輕大雨帶來的潛在危險 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2020-6-22 12:39 PM 標題: 蝴蝶翅膀有超疏水表面能減輕大雨帶來的潛在危險

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　　我們都有碰過傾盆大雨的經驗﹐當被碩大雨滴砸中﹐你或許只覺得痛﹐但對蝴蝶一樣小巧的昆蟲來說﹐幾乎就像被保齡球砸中危險﹐為什麼昆蟲似乎都不會因被大雨擊中受傷﹖
　　為了深入了解不同動植物如何減輕大雨帶來的危險﹐康乃爾大學團隊運用高速攝影機﹐以每秒5,000至2萬幀的速度觀察水滴落在蝴蝶﹑飛蛾﹑蜻蜓﹑鵜鶘羽毛和連香樹(katsura)葉片的影響。研究作者﹑生物環境工程師Sunghwan Jung指出﹐撞擊力並不是雨滴的唯一問題。雨水也可能嚴重破壞昆蟲的飛行能力﹐或剝奪鳥類的體溫﹐限制身體和每顆雨滴接觸的時間﹐對許多動物來說至關重要。
　　對小動物而言﹐被雨滴打中大概是最危險的事。過去也有研究進行類似觀察﹐但當時實驗用的水滴落下速度遠低於實際雨滴(每秒可達10公尺)﹐為了更了解實際情況﹐康乃爾團隊決定測試更符合實際水滴落在不同表面的撞擊動力學。研究人員觀察到﹐當水滴與葉子﹑蝴蝶翅膀表面接觸時﹐會掉落到微小的顛簸或尖刺上﹐讓水滴內產生像衝擊波的波浪。隨著波浪相互干擾﹐水滴表面出現皺褶﹐使表面尖刺有機會戳穿水膜﹐將水滴破裂成更小的碎片。
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　　除此以外﹐昆蟲和植物表面的天然奈米級蠟層也有助排水﹐研究人員推算﹐在蠟層與碎裂雨滴的凹凸結構協助下﹐液體與表面間接觸時間減少近70%﹐可說大幅減少了熱量和動量傳遞﹐對需要保持熱量的微小昆蟲來說是巨大的不同。有趣的是﹐《美國國家科學院院刊》(PNAS)的研究也提到﹐自然界其他生物似乎老早就注意到這項功能並加以利用。後續的實驗﹐團隊發現真菌會利用這層植物防禦﹐讓孢子附著在零散的雨滴碎片來增強自身的擴散能力。
　　這是第一項了解高速雨滴如何在天然表面作用的研究。Jung認為﹐在具微米級凹凸結構和奈米級的蠟層下﹐可說這些生物體天生就有超疏水(hydrophobic)表面。就像受荷葉啟發的防水塗層﹐更進一步了解蝴蝶翅膀的微尖刺在打碎雨滴的作用﹐可幫助工程師開發更高級的防水材料。「超疏水表面有廣大需求市場﹐但要製造受啟發的實際工程產品﹐耐用性還是最大問題。」。

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