En ny opløsningsmiddelfri teknik kunne forenkle fremstillingen af superhydrofobe og anti-isningsmaterialer. Teknikken, som kan bruges til at gøre næsten enhver overflade ekstremt vandafvisende, har adskillige potentielle anvendelser, herunder – men ikke begrænset til – flyvinger, biomedicinsk udstyr, modstandsreduktionssystemer, batterielektroder og katalysatoroverflader.
Superhydrofobe materialer er defineret som dem, der afviser vanddråber med en kontaktvinkel (vinklen, hvor vandoverfladen møder materialets overflade) på mere end 150°. Disse materialer har også en lav overfladeenergi samt en ru overflade på mikronskalaen.
Nuværende teknikker til fremstilling af sådanne materialer er imidlertid komplekse og involverer ofte brug af skrappe kemikalier. Et team af forskere ledet af James-tur , C Fred Higgs III fra Rice University i USA har nu udviklet en et-trins, opløsningsmiddelfri slibemetode, der kan skabe superhydrofobe overflader med en kontaktvinkel på næsten 164°.
Forskerne brugte kommercielt sandpapir til at introducere udvalgte pulveradditiver, såsom grafen, molybdændisulfid, teflon og bornitrid, i overfladerne af materialer, herunder teflon, polypropylen, polystyren, polyvinylchlorid og polydimethylsiloxan. Sandpapiret var lavet af aluminiumoxid med korn på mellem 180 og 2000.
Tribofilm dannelse
"Under indsandningsprocessen letter indføringen af pulver mellem gnidningsfladerne dannelsen af en tribofilm," forklarer Tour. "En tribofilm dannes i en kemisk reaktion på overflader, der glider mod hinanden og funktionaliserer overfladen til at afvise vand endnu mere."
"Slibningen inducerer også strukturelle ændringer og masse- og elektronoverførsel for at sænke overfladeenergien på substraterne," tilføjer Higgs.
En lang række overflader kan gøres superhydrofobe på få minutter, fortæller Tour Fysik verden. Dette fremhæver den brede vifte af potentielle anvendelser af de slebne overflader.
"Flyveproducenter ønsker ikke, at der dannes is på deres vinger, skibskaptajner ønsker ikke, at træk fra vedhæftede havmikrober bremser dem, og biomedicinsk udstyr skal undgå biobegroning, hvor bakterier opbygges på våde overflader," siger Higgs. "Robuste, langtidsholdbare superhydrofobe overflader fremstillet af denne et-trins, indsandningsmetode kan afhjælpe mange af disse problemer."
Superhydrofobe overflader hærder
Higgs bemærker, at andre teknikker, der bruges til at generere hydrofobe overflader, ikke kan skalere op til store overfladearealer, såsom dem på fly og skibe. "Simple anvendelsesteknikker som den, der er udviklet her, bør være skalerbare," siger han.
Robust superhydrofobicitet
De superhydrofobe materialer er ekstremt robuste. Faktisk forblev de vandafvisende, selv efter 100 afrivningstest med klæbende tape og efter at være blevet udsat for 130°C i luft i 24 timer. At lade dem ligge ude i den varme texanske sol i 18 måneder påvirkede heller ikke deres egenskaber. Og når materialerne begynder at svigte, kan de nemt genopfriskes ved blot at slibe dem igen med de samme pulvertilsætningsstoffer.
Rice-forskerne søger nu helt at anvende deres sand-in-teknik på en anden type substrat - de metaloverflader, der bruges til at fremstille genopladelige batterier. Faktisk rapporterede de for nylig tests på lithium- og natriumfolier. "Tribofilmens rolle her var at regulere den indkommende ionstrøm i batterielektrolytten for at forbedre metalaflejringen/-stripping-adfærden under battericykling," forklarer Tour.
Forskerne beskriver deres arbejde i ACS anvendte materialer.
