防塵技術：從太空探索到可持續能源

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  量子運行遠見
• 2023 年 9 月 15 日

洞察總結

德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員開發了採用納米鑄造和納米壓印的防塵技術。 這一發展對太空探索、太陽能、電子、消費品和建築產生了影響，有可能減少定期清潔的需要並節省成本。 防塵技術的更廣泛影響包括材料科學、新產業和市場進步的減少，以及與智能家居和建築的集成。

防塵技術背景

在 NASA 的資助下，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員與製造初創公司 Smart Material Solutions 合作，設計了一種阻止灰塵粘附在表面上的方法。 該技術融合了兩種製造工藝——納米壓印和納米壓印——在以前平坦的材料上創建小金字塔圖案。 這些微小的突起可以阻止灰塵顆粒附著在材料上，從而使它們滑落。

為了展示他們的防塵技術，科學家們在一個平坦的表面和一個專門設計的表面上塗上了模擬月球塵埃。 然後，他們將表面垂直放置，讓鬆散的灰塵落到地板上。 檢查表面後，他們發現平坦表面 35% 的面積被灰塵覆蓋，而工程表面的灰塵覆蓋率僅為 2%。

灰塵粘附在表面上的主要原因有兩個：范德華力和靜電。 創建具有低范德華力的防塵表面至關重要，這意味著表面和灰塵顆粒之間的粘附力較弱。 這樣，灰塵顆粒就可以通過外力去除，而不僅僅是依靠水滴。 有兩種降低范德華力的方法。 一是製作微小結構，減少灰塵與玻璃表面的接觸面積，二是降低玻璃表面的能量。 防靜電錶面通過減弱灰塵顆粒和表面之間的靜電來幫助減少灰塵積聚。

破壞性影響

除了幫助未來的美國宇航局漫遊車處理太空灰塵外，這項技術還可以用於開發在地球上使用的防塵太陽能電池板，提高其效率，而無需手動清潔——這是太陽能領域日益增長的開支。 表面和材料上的防塵塗層可能會減少定期清潔的需要，從而導致對清潔產品和服務的需求減少。 消費包裝商品也可以受益於防塵技術，特別是食品和藥品。 這一發展可以改善客戶的健康，特別是那些患有灰塵過敏和其他相關呼吸道疾病的客戶。

另一個可能受到防塵技術干擾的行業是電子行業。 電子元件上積聚的灰塵會造成損壞，導致性能下降和使用壽命縮短。 防塵塗層可能會減少更換需求，從而影響電子元件的供應鏈。 

最後，防塵技術也可能對建築和建材行業產生重大影響。 隨著時間的推移，建築材料上的灰塵積累會導致降解並影響其性能。 建築材料上的防塵塗層有助於減少所需的維護，從而為業主節省成本。 然而，它也可能影響建築材料行業，因為需求減少可能導致產量下降並可能導致失業。

防塵技術的意義

防塵技術的更廣泛影響可能包括： 

• 減少灰塵污染，改善空氣質量並減少與呼吸系統相關的健康問題。 這一發展還可以減少自然生態系統中積聚的灰塵量，保護它們，並有可能降低野火的風險。
• 隨著研究人員探索使表面不易積聚灰塵的新方法，材料科學取得了進步。 這可能會催生新產品，例如自動清潔窗戶。
• 與防塵和除塵相關的產品和服務的新產業和市場。 
• 清潔和維護工作對體力勞動的需求減少，導致這些行業失業。 
• 減少太陽能電池板上的灰塵積累可以提高其效率，從而提高太陽能的利用率並減少溫室氣體排放。
• 防塵技術融入智能家居和建築，實現自動除塵和維護。 此功能可以提高能源效率並降低與手動清潔相關的成本。

需要考慮的問題

• 防塵技術對您個人有何好處？
• 防塵表面還可能出現哪些其他潛在創新？