"Een uniek punt van dit werk is het vermogen van hun 3D kunstmatige haaienhuid om meerdere functionaliteiten aan te tonen, terwijl andere onderzoeken slechts één of twee kenmerken hebben kunnen documenteren", zegt Wie's medewerker, Seung Goo Lee van de Universiteit van Ulsan.

Het onderzoeksteam toonde eerst weerstandsvermindering aan, een representatieve functionaliteit van natuurlijke haaienhuid. 3D kunstmatige haaienhuid met hydrofobiciteit vermindert de weerstand wanneer water in de frontale richting van de microribbels stroomt.

"In onze hydrofobe haaienhuid zitten micro-luchtbellen gevangen tussen overlappende microdentikels, waardoor een waterlaag op de luchtbellen terechtkomt", voegde Wie's medewerker, Rhokyun Kwak van de Hanyang Universiteit toe.

Naast deze weerstandsverminderingsfunctionaliteit vertoont hun 3D kunstmatige haaienhuid lage wrijving bij het krabben van het monster in de frontale richting en een hoge mechanische robuustheid met structureel herstel, dankzij de architectuur van verspringend overlappende microdentikels.

"Interessant genoeg kunnen deze functionaliteiten worden verbeterd door de mechanisch zachte, op polymeer gebaseerde haaienhuid te coaten met een dunne laag mechanisch bros materiaal op nanoschaal. Dit concept wordt gemotiveerd door de hard-op-zachte gelaagde structuur van de natuurlijke haaienhuid", aldus Wie. P>

"Normaal gesproken heeft mechanisch zachte film een ​​hoge oppervlaktewrijving tegen contact met omringende obstakels. In dit werk neemt de wrijvingscoëfficiënt echter af bij het coaten van haaienhuid met een dun keramiek, omdat harde en flexibele eigenschappen naast elkaar bestaan ​​op deze drielaagse haaienhuid", legt Wie's uit. medewerker, Sanha Kim van het Korea Advanced Institute of Science and Technology.

Vervolgens bedekte het team van Wie de drielaagse haaienhuid met een dun metaal. Bij een inkepingstest vertoonde de vierlaagse haaienhuid een verbeterde hardheid en herstelbaar vermogen in vergelijking met de niet-gecoate polymere haaienhuid. Vooral met het oog op structureel herstel:"Herstelbaar werk kan worden opgeslagen in de gebogen microdentikels, terwijl de dunne lagen mechanisch brosse materialen de elastische spanningsenergie van de 3D kunstmatige haaienhuid kunnen verbeteren", voegde Kim eraan toe.

Bovendien heeft, voor elektronische toepassingen met microtextuur, wanneer de op polymeer gebaseerde haaienhuid is gecoat met een elektrisch geleidend MXene-materiaal, een lage elektrische weerstand van 5,3 Ω.

"Met MXene gecoate haaienhuid maakt joule-verwarming met hoge temperaturen mogelijk, zelfs wanneer een lage spanning wordt toegepast (bijvoorbeeld 230 ° C bij 2,75 V). Bovendien veranderen de bevochtigingseigenschappen van haaienhuid vanwege de hydrofiliciteit van MXene-materiaal ook van hydrofoob naar hydrofiel ," zei Wie's medewerker, Tae Hee Han van de Hanyang Universiteit.

"Dit onderzoek is het eerste dat rapporteert over meerdere functionaliteiten die kunnen worden aangetoond door de 3D kunstmatige haaienhuid, met veel potentiële toepassingen op verschillende gebieden", aldus Lee. Als de technologie van deze multifunctionele kunstmatige haaienhuid bijvoorbeeld in de scheepvaart zou worden gebruikt, zou economische efficiëntie kunnen worden gegenereerd door het brandstofverbruik te verminderen en de levensduur van het schip te verlengen.

"Wat toekomstige toepassingen betreft, kan worden verwacht dat schepen met onze 3D kunstmatige haaienhuid snel kunnen navigeren met minder weerstand, minder wrijving in contact met omringende obstakels en minder schade door externe inslagen in de oceaan", aldus Wie.

Meer informatie: Jeong Eun Park et al., Anisotrope functionaliteit van 3D-microdentikels programmeren door gespreide, overlappende en meerlaagse microarchitecturen, Geavanceerde materialen (2023). DOI:10.1002/adma.202309518

Journaalinformatie: Geavanceerde materialen

Aangeboden door Hanyang Universiteit