防尘技术：从太空探索到可持续能源

• 作者：
• 作者姓名

  量子运行远见
• 2023 年 9 月 15 日

洞察总结

德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了采用纳米铸造和纳米压印的防尘技术。 这一发展对太空探索、太阳能、电子、消费品和建筑产生了影响，有可能减少定期清洁的需要并节省成本。 防尘技术的更广泛影响包括材料科学、新产业和市场进步的减少，以及与智能家居和建筑的集成。

防尘技术背景

在 NASA 的资助下，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员与制造初创公司 Smart Material Solutions 合作，设计了一种阻止灰尘粘附在表面上的方法。 该技术融合了两种制造工艺——纳米压印和纳米压印——在以前平坦的材料上创建小金字塔图案。 这些微小的突起可以阻止灰尘颗粒附着在材料上，从而使它们滑落。

为了展示他们的防尘技术，科学家们在一个平坦的表面和一个专门设计的表面上涂上了模拟月球尘埃。 然后，他们将表面垂直放置，让松散的灰尘落到地板上。 检查表面后，他们发现平坦表面 35% 的面积被灰尘覆盖，而工程表面的灰尘覆盖率仅为 2%。

灰尘粘附在表面上的主要原因有两个：范德华力和静电。 创建具有低范德华力的防尘表面至关重要，这意味着表面和灰尘颗粒之间的粘附力较弱。 这样，灰尘颗粒就可以通过外力去除，而不仅仅是依靠水滴。 有两种降低范德华力的方法。 一是制作微小结构，减少灰尘与玻璃表面的接触面积，二是降低玻璃表面的能量。 防静电表面通过减弱灰尘颗粒和表面之间的静电来帮助减少灰尘积聚。

破坏性影响

除了帮助未来的美国宇航局漫游车处理太空灰尘外，这项技术还可以用于开发在地球上使用的防尘太阳能电池板，提高其效率，而无需手动清洁——这是太阳能领域日益增长的开支。 表面和材料上的防尘涂层可能会减少定期清洁的需要，从而导致对清洁产品和服务的需求减少。 消费包装商品也可以受益于防尘技术，特别是食品和药品。 这一发展可以改善客户的健康，特别是那些患有灰尘过敏和其他相关呼吸道疾病的客户。

另一个可能受到防尘技术干扰的行业是电子行业。 电子元件上积聚的灰尘会造成损坏，导致性能下降和使用寿命缩短。 防尘涂层可能会减少更换需求，从而影响电子元件的供应链。 

最后，防尘技术也可能对建筑和建材行业产生重大影响。 随着时间的推移，建筑材料上的灰尘积累会导致降解并影响其性能。 建筑材料上的防尘涂层有助于减少所需的维护，从而为业主节省成本。 然而，它也可能影响建筑材料行业，因为需求减少可能导致产量下降并可能导致失业。

防尘技术的意义

防尘技术的更广泛影响可能包括： 

• 减少灰尘污染，改善空气质量并减少与呼吸系统相关的健康问题。 这一发展还可以减少自然生态系统中积聚的灰尘量，保护它们，并有可能降低野火的风险。
• 随着研究人员探索使表面不易积聚灰尘的新方法，材料科学取得了进步。 这可能会催生新产品，例如自动清洁窗户。
• 与防尘和除尘相关的产品和服务的新产业和市场。 
• 清洁和维护工作对体力劳动的需求减少，导致这些行业失业。 
• 减少太阳能电池板上的灰尘积累可以提高其效率，从而提高太阳能的利用率并减少温室气体排放。
• 防尘技术融入智能家居和建筑，实现自动除尘和维护。 此功能可以提高能源效率并降低与手动清洁相关的成本。

需要考虑的问题

• 防尘技术对您个人有何好处？
• 防尘表面还可能出现哪些其他潜在创新？