یک تکنیک جدید بدون حلال می تواند ساخت مواد فوق آبگریز و ضد یخ را ساده کند. این تکنیک، که می تواند تقریباً هر سطحی را به شدت آب گریز کند، کاربردهای بالقوه متعددی دارد، از جمله – اما نه محدود به – بال های هواپیما، دستگاه های زیست پزشکی، سیستم های کاهش کشش، الکترودهای باتری و سطوح کاتالیزور.
مواد فوق آبگریز به موادی گفته می شود که قطرات آب را با زاویه تماس (زاویه برخورد سطح آب با سطح ماده) بیش از 150 درجه دفع می کنند. این مواد همچنین دارای انرژی سطحی پایین و همچنین سطح ناهموار در مقیاس میکرون هستند.
با این حال، تکنیک‌های فعلی برای ساخت چنین موادی پیچیده هستند و اغلب شامل استفاده از مواد شیمیایی خشن هستند. تیمی از محققان به رهبری تور جیمز و سی فرد هیگز III دانشگاه رایس در ایالات متحده اکنون یک روش سنباده بدون حلال را توسعه داده است که می تواند سطوح فوق آبگریز با زاویه تماس نزدیک به 164 درجه ایجاد کند.
محققان از کاغذ سنباده تجاری برای معرفی مواد افزودنی پودری انتخابی مانند گرافن، دی سولفید مولیبدن، تفلون و نیترید بور در سطوح موادی از جمله تفلون، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پلی وینیل کلراید و پلی دی متیل سیلوکسان استفاده کردند. کاغذ سنباده از اکسید آلومینیوم با دانه های بین 180 تا 2000 ساخته شده است.
تشکیل Tribofilm
تور توضیح می دهد: «در طول فرآیند شن و ماسه، ورود پودر بین سطوح مالش، تشکیل تریبوفیلم را تسهیل می کند. تریبوفیلم در یک واکنش شیمیایی بر روی سطوحی که روی هم می لغزند تشکیل می شود و سطح را برای دفع بیشتر آب فعال می کند.
هیگز می‌افزاید: «سنباده‌زنی همچنین باعث ایجاد تغییرات ساختاری و انتقال جرم و الکترون برای کاهش انرژی سطحی لایه‌ها می‌شود.
تور می گوید که طیف وسیعی از سطوح را می توان در عرض چند دقیقه فوق آبگریز ساخت دنیای فیزیک. این امر طیف گسترده ای از کاربردهای بالقوه سطوح سمباده را برجسته می کند.
هیگز می‌گوید: «سازمان‌دهندگان هواپیما نمی‌خواهند یخ روی بال‌هایشان تشکیل شود، کاپیتان‌های کشتی‌ها نمی‌خواهند که میکروب‌های اقیانوسی از سرعت آنها عبور کند و دستگاه‌های زیست‌پزشکی باید از رسوب زیستی، جایی که باکتری‌ها روی سطوح مرطوب تجمع می‌کنند، اجتناب کنند. سطوح فوق آبگریز قوی و با ماندگاری تولید شده از این روش یک مرحله ای و ماسه ای می تواند بسیاری از این مشکلات را کاهش دهد.
سطوح فوق آبگریز سفت می شوند
هیگز خاطرنشان می‌کند که سایر تکنیک‌های مورد استفاده برای تولید سطوح آبگریز نمی‌توانند به سطح وسیعی از سطوح مانند هواپیماها و کشتی‌ها برسد. او می‌گوید: «تکنیک‌های کاربردی ساده مانند آنچه در اینجا توسعه داده شده است، باید مقیاس‌پذیر باشند.
فوق آبگریزی قوی
مواد فوق آبگریز بسیار قوی هستند. در واقع، آنها حتی پس از 100 آزمایش لایه برداری نوار چسبنده و پس از قرار گرفتن در دمای 130 درجه سانتیگراد در هوا به مدت 24 ساعت، ضد آب باقی ماندند. رها کردن آنها در زیر آفتاب داغ تگزاس به مدت 18 ماه نیز تأثیری بر خواص آنها نداشت. و هنگامی که مواد شروع به از بین رفتن می کنند، می توان آنها را به راحتی با سنباده زدن دوباره با همان افزودنی های پودری تازه کرد.
محققان Rice اکنون به دنبال این هستند که روش ماسه ای خود را به طور کلی روی نوع دیگری از بستر - سطوح فلزی مورد استفاده برای ساخت باتری های قابل شارژ - اعمال کنند. در واقع، آنها اخیراً آزمایش هایی را بر روی فویل های لیتیوم و سدیم گزارش کردند. تور توضیح می‌دهد: «نقش تریبوفیلم در اینجا تنظیم جریان یون ورودی در الکترولیت باتری برای بهبود رفتار رسوب فلز/ جداسازی فلز در طول چرخه باتری بود.
محققان کار خود را در مواد کاربردی ACS.
