發射紫外線的玻璃可清除微生物膜造成的污損解決一系列水下問題
科學家正在利用紫外線發光玻璃來防止海底生物膜的問題。雖然我們不可能很快看到玻璃船體,但這項技術可能會在水下觀察端口或相機鏡頭等應用中找到用武之地。
當任何物質在海水中放置足夠長的時間後,細菌、真菌、藻類和其他海洋微生物就會在其表面形成一層黏糊糊的薄膜。藤壺等大型生物就會在這層薄膜上立足,並以此為家,不斷生長繁殖。
不用說,這種塗層會大大降低船體的流體動力,使船隻在一定速度下行駛時耗費更多燃料。生物膜也對水下結構、防護網甚至海水淡化廠造成問題。
這種現象稱為生物污損。防止這種現象的主要方法包括在水下表面塗上抗菌塗料(可能會對環境造成危害)或特殊的不沾材料(必須經常重新塗抹)。
一種建議的替代方法是用外部紫外線照射表面,紫外線可以殺死微生物。但遺憾的是,紫外線離光源越遠,效果就越差,渾濁的水也會吸收紫外線。
這就是紫外線發光玻璃(UEG)的作用所在。它不是由單獨的光源照射,而是光源。
Leila Alidokht(左)和Mariana Lanzarini-Lopes(右)與研究生研究助理Athira Haridas(中)一起研究紫外線發射玻璃馬薩諸塞大學阿默斯特分校
這種材料是由馬薩諸塞大學阿默斯特分校工程師領導的科學家團隊創造的,它由一個普通的玻璃載玻片組成,載玻片背面塗有一層二氧化矽奈米粒子和透明聚合物。
紫外線發光二極體不會將光線投射到玻璃的正面或背面,而是投射到玻璃的一個邊緣,當紫外線穿過玻璃的厚度時,它們會被奈米粒子散射和擴散,奈米粒子反射紫外線,但不會吸收紫外線。
因此,紫外線發光玻璃的整個正面(水側)都能均勻地發出紫外線。在保持令人滿意的可見光和紅外線透射率的同時,其效果比以同樣方式照射的未鍍膜玻璃好10 倍。
在對該技術的測試中,UEG 幻燈片和未塗層的對照幻燈片被浸沒在佛羅裡達州卡納維拉爾港的海水中長達20 天。試驗結束後發現,UEG 能將可見生物膜的生長減少98%
無生物膜UEG 幻燈片與無塗層對照樣本的比較
科學家現在計劃用更大的玻璃片進行實驗,這些玻璃片被浸沒的時間將會更長。
研究的第一作者、博士後助理研究員Leila Alidokht 表示:「所開發的技術可用於透明表面的消毒,如船舶窗戶、浮球和繫泊浮標、相機鏡頭以及海洋學、農業和水處理應用中的感應器.”
有關這項研究的論文最近發表在《生物膜》雜誌上。