「しかし、この原理が機能するには、雨が降る必要があり、水滴が重力によって自然に落ちたり転がったりするように表面も整列する必要があります」と、研究リーダーであるデューク大学（ダーラム）のチュアン・フア・チェン氏は言う。しかし、それが落とし穴なのです。研究者の説明によると、多くのセミは長い間雨が降らない地域に住んでおり、場合によってはセミの生涯ずっと雨が降らないこともあります。しかし、昆虫の生息地の湿度は通常非常に高いです。
水滴が勝手に空中に飛び出す
このような条件下でセミがどのようにして羽をきれいに保っているのかを調べるために、チェン氏らは高速顕微鏡カメラを使用してナノ構造上で何が起こっているのかを撮影した。これを行うために、彼らは高湿度のプレキシガラス室で翼の皮膚の一部を貼り付け、表面の小さな部分を撮影しました。さらなる実験では、花粉や小さなプラスチック粒子を翼の切り欠きに加えて、そのような異物がどの程度除去されるかを測定しました。
記録により、驚くべきことが明らかになりました。撥水性のナノ表面の特殊な構造により、空気中の湿気が凝結し、ナノの先端に水滴が形成されます。しかし、このような 2 つの露の滴が出会い、融合するときに重要なことが起こります。この融合によりエネルギーが放出され、その結果、結合した滴がまるで魔法のように空中に飛び散ります。 「重力に逆らっても、液滴は独立して表面から飛び去った」と研究者らは報告している。このプロセスの推進力は、以前に水滴の中に閉じ込められていた最大 100 マイクロメートルのサイズの汚れ粒子を除去するのに十分です。
より効果的な表面の自動洗浄モデル
そして、実験が示したように、いくつかの汚れ粒子の蓄積さえも、セミの羽の特別な特性のおかげで除去されます。 「粒子の上に横たわる粒子の塊が高湿度にさらされると、それらの間に液体の水の橋が形成された」と研究者らはそのプロセスを説明している。これにより、粒子がさらに密集して凝集します。さらに多くの水が凝縮すると、高速画像が示したように、複合体全体が表面から飛び飛びます。このメカニズムはこのような超疎水性表面に特有のものであり、有機粒子と人工粒子の両方を除去するのに非常に効果的だとチェン氏らは述べている。
新しい発見は、より優れた自己洗浄性の表面の開発に役立つ可能性があります。蓮の効果とは対照的に、これらは垂直か水平かに関係なく、雨が降らなくてもきれいなままになります。 「ジャンピング ドロップ機構を備えたナノ構造表面は、どのような空間方向でも機能します。これは、たとえばモバイル電子機器や屋根にとって大きな利点です」とチェン氏は言います。
