يمكن لتقنية جديدة خالية من المذيبات تبسيط تصنيع المواد شديدة المقاومة للماء ومقاومة الجليد. هذه التقنية ، التي يمكن استخدامها لجعل أي سطح تقريبًا مقاومًا للماء للغاية ، لها العديد من التطبيقات المحتملة ، بما في ذلك - على سبيل المثال لا الحصر - أجنحة الطائرات والأجهزة الطبية الحيوية وأنظمة تقليل السحب وأقطاب البطارية وأسطح المحفز.
تُعرَّف المواد شديدة المقاومة للماء بأنها تلك التي تصد قطرات الماء بزاوية تلامس (الزاوية التي يلتقي عندها سطح الماء بسطح المادة) بأكثر من 150 درجة. تحتوي هذه المواد أيضًا على طاقة سطحية منخفضة بالإضافة إلى سطح خشن بمقياس ميكرون.
ومع ذلك ، فإن التقنيات الحالية لصنع مثل هذه المواد معقدة وغالبًا ما تتضمن استخدام مواد كيميائية قاسية. فريق من الباحثين بقيادة جولة جيمس و C فريد هيجز الثالث طوَّر الأستاذ في جامعة رايس في الولايات المتحدة الآن طريقة صنفرة من خطوة واحدة خالية من المذيبات يمكن أن تخلق أسطحًا شديدة المقاومة للماء بزاوية تلامس تصل إلى 164 درجة تقريبًا.
استخدم الباحثون ورق الصنفرة التجاري لإدخال إضافات مسحوق مختارة ، مثل الجرافين وثاني كبريتيد الموليبدينوم والتفلون ونتريد البورون ، في أسطح المواد بما في ذلك التفلون والبولي بروبيلين والبوليسترين والبولي فينيل كلوريد وبوليديميثيل سيلوكسان. صُنع ورق الصنفرة من أكسيد الألومنيوم بحبيبات تراوحت بين 180 و 2000.
تشكيل تريبوفيلم
يوضح تور: "أثناء عملية وضع الرمل ، فإن إدخال المسحوق بين أسطح الاحتكاك يسهل تكوين تريبوفيلم". "يتشكل تريبوفيلم في تفاعل كيميائي على الأسطح التي تنزلق ضد بعضها البعض وتؤدي إلى جعل السطح وظيفيًا لصد الماء بشكل أكبر."
ويضيف هيجز: "تؤدي عملية الصنفرة أيضًا إلى إحداث تغييرات هيكلية ونقل الكتلة والإلكترون لتقليل الطاقة السطحية للركائز".
يقول تور إن مجموعة واسعة من الأسطح يمكن جعلها شديدة المقاومة للماء في دقائق عالم الفيزياء. هذا يسلط الضوء على مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة للأسطح المصقولة.
يقول هيغز: "لا يرغب مصنعو الطائرات في تكوين الجليد على أجنحتهم ، ولا يريد قباطنة السفن السحب من ميكروبات المحيط المتصلة التي تبطئها ، وتحتاج الأجهزة الطبية الحيوية إلى تجنب الحشف الحيوي ، حيث تتراكم البكتيريا على الأسطح الرطبة". "يمكن للأسطح القوية المقاومة للماء للغاية والتي تدوم طويلاً والتي يتم إنتاجها من هذه الطريقة التي تتكون من خطوة واحدة ، وضع الرمال في التخفيف من العديد من هذه المشكلات."
تصلب الأسطح شديدة المقاومة للماء
يلاحظ هيغز أن التقنيات الأخرى المستخدمة لتوليد أسطح كارهة للماء لا يمكن أن تصل إلى مساحات كبيرة ، مثل تلك الموجودة على الطائرات والسفن. يقول: "يجب أن تكون تقنيات التطبيق البسيطة مثل تلك التي تم تطويرها هنا قابلة للتطوير".
مقاومة فائقة للماء
المواد شديدة المقاومة للماء قوية للغاية. في الواقع ، ظلوا طاردًا للماء حتى بعد 100 اختبار تقشير بشريط لاصق وبعد تعرضهم لـ 130 درجة مئوية في الهواء لمدة 24 ساعة. كما أن تركهم في الشمس الحارقة في تكساس لمدة 18 شهرًا لم يؤثر على ممتلكاتهم أيضًا. وعندما تبدأ المواد بالفشل ، يمكن تجديدها بسهولة عن طريق صنفرتها مرة أخرى باستخدام نفس إضافات المسحوق.
يتطلع باحثو رايس الآن إلى تطبيق أسلوب الرمل في نوع آخر من الركيزة تمامًا - الأسطح المعدنية المستخدمة في صنع البطاريات القابلة لإعادة الشحن. في الواقع ، أبلغوا مؤخرًا عن اختبارات على رقائق الليثيوم والصوديوم. يوضح تور: "كان دور فيلم Tribofilm هنا هو تنظيم تدفق الأيونات الواردة في إلكتروليت البطارية لتحسين ترسيب المعادن / سلوك التجريد أثناء دورة البطارية".
يصف الباحثون عملهم في المواد التطبيقية من ACS.
