亚洲二区三区在线,久久久久高清毛片一级,亚洲综合一区二区三区不卡,中文不卡av

出品：科普中國

作者：石暢（物理化學博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

近日，經典的防水三色塑料布在網(wǎng)絡上引起了廣泛關注。無論是電子產品、戶外衣物，還是房屋建筑，都與防水材料息息相關。我們生活中的防水材料，是如何做到無懼雨水，為我們“保駕護航”的呢？

三色塑料布

（圖片來源：veer圖庫）

各式各樣的防水材料

1.經典且全能的塑料布

塑料布在防水材料領域可謂是“全能手”，由于價格便宜、使用方便、防水性能出色，頻繁“現(xiàn)身”于眾多應用場景中。

塑料布通常由聚合物材料制成，如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。這些材料具有較長的含碳分子鏈，或者疏水的側鏈（甲基或者氯原子），表現(xiàn)出比水低的表面能，水分子可以很輕松地從材料表面滑走，減少了雨水的聚集。

荷葉的疏水效果

（圖片來源：veer圖庫）

表面能可以理解為固體與液體之間的一種相互作用力，如果材料的表面能低，固體與液體間的相互作用力較弱，液體很難在固體表面停留和鋪展，從而表現(xiàn)出疏水性。

此外，聚合物材料內部分子結構較為緊密，分子間的空隙非常小，水分子很難穿透材料表面，這是塑料布防水的另一個重要原因。

2.瀝青，味道很臭，建筑防水少不了它

瀝青是常見的建筑防水材料之一，由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成，呈現(xiàn)為黑褐色，并且散發(fā)出臭臭的味道。瀝青的分子結構較為緊密，不透水，并且由于大量碳氫化合物的存在具有很強的疏水性，是一款防水效果很好的材料。

瀝青在常溫條件下為固態(tài)或半固態(tài)，使用時通常需要加熱。瀝青在加熱后流動性增加，能夠更好地填補細小的縫隙，阻止水的滲透。

屋頂?shù)姆浪迯?/p>

（圖片來源：veer圖庫）

3.納米鍍膜，電子產品的隱形“防護服”

電子產品的防水主要與結構設計和納米鍍膜有關。結構設計是通過防水膠條和密封圈提高手機拼接部分的密閉性。而納米鍍膜則是為設備表面及內部元器件披上“防護服”。

納米鍍膜是利用硅烷、氮氣等為原料，通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法，可以在電子設備表面和內部半導體元器件的表面沉積一層致密的疏水納米鍍膜（硅基材料）。當水滴接觸電子設備表面時，疏水鍍膜的存在會使水滴快速滑落。即使有水滴進入到設備內部，元器件表面的鍍膜也會防止水滴對電路的損壞。

浸入水中的手機

（圖片來源：veer圖庫）

防水、透氣，如何做到既要、又要？

防水材料的防水性能與兩個因素有關，一是疏水性；二是水滴的滲透性。作為戶外穿著的服裝，不僅要有好的防水性，還需要兼具良好的透氣性。

孔隙結構是材料透氣的主要原因，但是孔隙又會導致水滴穿過，防水性能下降。太矛盾了！如何才能做到既防水又透氣呢？

被譽為“世紀之布”的GORE-TEX科技面料，成功地解決了防水和透氣的矛盾，成為戶外運動裝備中最受歡迎的材料之一。

沖鋒衣上的水滴

（圖片來源：veer圖庫）

GORE-TEX材料主要由聚四氟乙烯（PTFE）薄膜組成，該薄膜包含上億個微孔結構，這些微孔的尺寸為微米級，比液態(tài)的水滴小上萬倍，但是水蒸汽分子卻可以輕松透過。

戶外運動時，由于材料具有很好的疏水性，加之較小的孔隙，水滴幾乎不會穿透材料。而內部的汗液會以水蒸汽的形式通過微孔排出，在防水和透氣的選擇中，達到了“都要”的效果。

摩擦電納米織物：防水、發(fā)電、加速排汗

2023年8月，中國科學家在國際知名期刊《先進材料》（《Advanced materials》）發(fā)表了一項關于摩擦電納米結構的高性能防水和高排汗性能的納米織物，這種織物可以利用摩擦發(fā)電促進織物排汗。

研究成果發(fā)表于《先進材料》雜志

（圖片來源：《先進材料》雜志）

研究者通過帶電液體噴射的技術，將疏水性鐵電聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）和親水性聚氨酯（PU）結合，制備了一種復合織物。該織物的孔徑僅為0.62微米，孔隙率高達78%，有效防止了水滴穿過，并且提供了更多水蒸汽通道，促進排汗。

織物外表的PVDF-HFP納米膜具有疏水的特性，水滴不易在表面停留。此外，PVDF-HFP納米膜在機械拉伸的作用下還可以產生摩擦電壓，在電場和親水性PU納米結構被動排汗的共同作用下，汗液被轉化為更小的水分子，更容易通過復合織物的微孔結構排出體外。

電紡織技術示意圖；b. 納米網(wǎng)織物的防水性、透氣性和排汗性示意圖；c-e. 纖維材料的電鏡圖；納米纖維與納米網(wǎng)織物的孔徑對比圖(f)、摩擦電壓對比圖(g)、防水性和透氣性對比圖(h)；i. 展示納米織物的防水和透氣能力；j. 納米織物的熱濕舒適性；k. 大尺寸納米織物圖片

（圖片來源：參考文獻1）

研究結果表明，該復合織物展現(xiàn)出高防水性（靜水壓力，129千帕）和透氣性（蒸汽滲透速率，3736克每平方米每天）。與商用聚四氟乙烯膜相比，復合織物具有較低的蒸發(fā)阻力（13.1 Pa·m2· W-1）和熱阻（3.9 mK·m2·W-1），具有更好的濕熱舒適性。

結語

從傳統(tǒng)的瀝青和橡膠材料到現(xiàn)代的納米復合材料，防水材料的創(chuàng)新不斷拓展科技的邊界。隨著科技的進步，我們期待未來有更多高效、環(huán)保的防水材料涌現(xiàn)，為我們的生活質量帶來更大的提升。

參考文獻：

1.Gong X , Ding M , Gao P ,et al. High-Performance Liquid-Repellent and Thermal–Wet Comfortable Membranes Using Triboelectric Nanostructured Nanofiber/Meshes[J]. Advanced Materials, 2023.

2.Tang Z Q , Tian T , Molino P J ,et al.Recent Advances in Superhydrophobic Materials Development for Maritime Applications[J]. Advanced Science, 2024.

3.蔣源生.新型柔性篷體材料的研制及應用開發(fā)[J]. 產業(yè)用紡織品, 1996.

4.于威,劉麗輝,侯海虹,等.螺旋波等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜[J]. 物理學報, 2003.

5.陳福民.擋風防雨透氣的沖鋒衣[J]. 化工管理, 2013.