Une nouvelle technique sans solvant pourrait simplifier la fabrication de matériaux superhydrophobes et antigivrants. La technique, qui peut être utilisée pour rendre presque toutes les surfaces extrêmement hydrofuges, a de nombreuses applications potentielles, notamment – mais sans s'y limiter – les ailes d'avion, les dispositifs biomédicaux, les systèmes de réduction de la traînée, les électrodes de batterie et les surfaces de catalyseur.
Les matériaux superhydrophobes sont définis comme ceux qui repoussent les gouttelettes d'eau avec un angle de contact (l'angle auquel la surface de l'eau rencontre la surface du matériau) supérieur à 150°. Ces matériaux ont également une faible énergie de surface ainsi qu’une surface rugueuse à l’échelle du micron.
Les techniques actuelles de fabrication de tels matériaux sont cependant complexes et impliquent souvent l’utilisation de produits chimiques agressifs. Une équipe de chercheurs dirigée par Visite de James ainsi que C Fred Higgs III de l'Université Rice aux États-Unis a développé une méthode de ponçage en une seule étape, sans solvant, capable de créer des surfaces superhydrophobes avec un angle de contact de près de 164°.
Les chercheurs ont utilisé du papier de verre commercial pour introduire des additifs en poudre sélectionnés, tels que le graphène, le bisulfure de molybdène, le téflon et le nitrure de bore, dans les surfaces de matériaux tels que le téflon, le polypropylène, le polystyrène, le chlorure de polyvinyle et le polydiméthylsiloxane. Le papier de verre était fabriqué à partir d'oxyde d'aluminium avec un grain compris entre 180 et 2000.
Formation de tribofilms
«Lors du processus de ponçage, l'introduction de poudre entre les surfaces frottantes facilite la formation d'un tribofilm», explique Tour. "Un tribofilm se forme lors d'une réaction chimique sur des surfaces glissant les unes contre les autres et fonctionnalise la surface pour repousser encore plus l'eau."
"Le ponçage induit également des changements structurels et des transferts de masse et d'électrons pour réduire l'énergie de surface des substrats", ajoute Higgs.
Une large gamme de surfaces peuvent devenir superhydrophobes en quelques minutes, explique Tour Monde de la physique. Cela met en évidence le large éventail d’applications potentielles des surfaces poncées.
"Les constructeurs d'avions ne veulent pas que de la glace se forme sur leurs ailes, les capitaines de navires ne veulent pas que la traînée des microbes océaniques attachés les ralentisse et les dispositifs biomédicaux doivent éviter l'encrassement biologique, où les bactéries s'accumulent sur les surfaces humides", explique Higgs. « Les surfaces superhydrophobes robustes et durables produites à partir de cette méthode de ponçage en une seule étape peuvent atténuer bon nombre de ces problèmes. »
Les surfaces superhydrophobes se durcissent
Higgs note que les autres techniques utilisées pour générer des surfaces hydrophobes ne peuvent pas être étendues à de grandes surfaces, comme celles des avions et des navires. « Les techniques d'application simples comme celle développée ici devraient être évolutives », dit-il.
Superhydrophobie robuste
Les matériaux superhydrophobes sont extrêmement robustes. En effet, ils sont restés hydrofuges même après 100 tests de décollement du ruban adhésif et après avoir été exposés à 130°C à l'air pendant 24 heures. Les laisser sous le chaud soleil du Texas pendant 18 mois n’a pas non plus affecté leurs propriétés. Et lorsque les matériaux commencent à se détériorer, ils peuvent être facilement rafraîchis en les ponçant simplement à nouveau avec les mêmes additifs en poudre.
Les chercheurs de Rice cherchent désormais à appliquer leur technique de ponçage à un tout autre type de substrat : les surfaces métalliques utilisées pour fabriquer des piles rechargeables. En effet, ils ont récemment fait état de tests sur des feuilles de lithium et de sodium. "Le rôle du tribofilm ici était de réguler le flux d'ions entrant dans l'électrolyte de la batterie afin d'améliorer le comportement de dépôt/décapage des métaux pendant le cycle de la batterie", explique Tour.
Les chercheurs décrivent leurs travaux en Matériaux appliqués ACS.
