Uusi liuotteeton tekniikka voisi yksinkertaistaa superhydrofobisten ja jäänestomateriaalien valmistusta. Tekniikalla, jota voidaan käyttää tekemään lähes mistä tahansa pinnasta erittäin vettä hylkivä, on lukuisia potentiaalisia sovelluksia, mukaan lukien - mutta ei rajoittuen - lentokoneen siivet, biolääketieteelliset laitteet, vastuksen vähentämisjärjestelmät, akkuelektrodit ja katalyyttipinnat.
Superhydrofobiset materiaalit määritellään sellaisiksi, jotka hylkivät vesipisaroita, joiden kosketuskulma (kulma, jossa veden pinta kohtaa materiaalin pinnan) on yli 150°. Näillä materiaaleilla on myös pieni pintaenergia sekä karkea pinta mikronimittakaavassa.
Nykyiset tekniikat tällaisten materiaalien valmistamiseksi ovat kuitenkin monimutkaisia ja sisältävät usein kovien kemikaalien käyttöä. Johtima tutkijaryhmä James-kiertue ja C Fred Higgs III Yhdysvaltalainen Rice University on nyt kehittänyt yksivaiheisen, liuotinvapaan hiontamenetelmän, jolla voidaan luoda superhydrofobisia pintoja, joiden kosketuskulma on lähes 164°.
Tutkijat käyttivät kaupallista hiekkapaperia lisätäkseen valikoituja jauhemaisia lisäaineita, kuten grafeenia, molybdeenidisulfidia, teflonia ja boorinitridiä, materiaalien, kuten teflonin, polypropeenin, polystyreenin, polyvinyylikloridin ja polydimetyylisiloksaanin, pinnoille. Hiomapaperi valmistettiin alumiinioksidista, jonka karkeus oli 180-2000.
Tribofilmin muodostuminen
"Hiekoitusprosessin aikana jauheen lisääminen hankauspintojen väliin helpottaa tribofilmin muodostumista", Tour selittää. "Tribofilmi muodostuu kemiallisessa reaktiossa toisiaan vasten liukuville pinnoille ja funktionalisoi pinnan hylkimään vettä entistä enemmän."
"Hionta saa aikaan myös rakenteellisia muutoksia sekä massan ja elektronin siirtoa substraattien pintaenergian alentamiseksi", lisää Higgs.
Monista pinnoista voidaan tehdä superhydrofobisia minuuteissa, Tour kertoo Fysiikan maailma. Tämä korostaa hiottujen pintojen laajaa potentiaalista käyttökohdetta.
"Lentokoneiden valmistajat eivät halua jäätä muodostuvan siipiinsä, laivojen kapteenit eivät halua kiinnittyneiden valtamerten mikrobien hidastavan niitä ja biolääketieteellisten laitteiden on vältettävä biofoulingia, jossa bakteerit kerääntyvät märille pinnoille", Higgs sanoo. "Tällä yksivaiheisella hiekoitusmenetelmällä valmistetut vankat, pitkäkestoiset superhydrofobiset pinnat voivat lievittää monia näistä ongelmista."
Superhydrofobiset pinnat kovettuvat
Higgs huomauttaa, että muut hydrofobisten pintojen luomiseen käytetyt tekniikat eivät voi skaalata suurille pinnoille, kuten lentokoneissa ja laivoissa. "Täällä kehitetyn kaltaisten yksinkertaisten sovellustekniikoiden pitäisi olla skaalautuvia", hän sanoo.
Vankka superhydrofobisuus
Superhydrofobiset materiaalit ovat erittäin kestäviä. Itse asiassa ne pysyivät vettä hylkivinä jopa 100 teipin kuorintatestin jälkeen ja sen jälkeen, kun ne olivat altistuneet 130 °C:seen ilmassa 24 tunnin ajan. Niiden jättäminen kuumaan Texan auringonpaisteeseen 18 kuukaudeksi ei myöskään vaikuttanut niiden ominaisuuksiin. Ja kun materiaalit alkavat pettää, ne voidaan helposti päivittää yksinkertaisesti hiomalla ne uudelleen samoilla jauhelisäaineilla.
Rice-tutkijat aikovat nyt soveltaa hiekkaa -tekniikkaansa kokonaan toisen tyyppiseen alustaan - ladattavien akkujen valmistukseen käytettyihin metallipintoihin. Itse asiassa he raportoivat äskettäin litium- ja natriumkalvojen testeistä. "Tribofilmin tehtävänä tässä oli säädellä tulevaa ionivirtaa akun elektrolyytissä metallin kerrostumisen / kuorinnan parantamiseksi akun kierron aikana", Tour selittää.
Tutkijat kuvaavat työnsä vuonna ACS Applied Materials.
