एक नई विलायक-मुक्त तकनीक सुपरहाइड्रोफोबिक और एंटी-आइसिंग सामग्री के निर्माण को सरल बना सकती है। तकनीक, जिसे लगभग किसी भी सतह को अत्यधिक जल-विकर्षक बनाने के लिए नियोजित किया जा सकता है, के कई संभावित अनुप्रयोग हैं, जिनमें शामिल हैं - लेकिन केवल इन्हीं तक सीमित नहीं हैं - हवाई जहाज के पंख, बायोमेडिकल उपकरण, ड्रैग रिडक्शन सिस्टम, बैटरी इलेक्ट्रोड और उत्प्रेरक सतहें।
सुपरहाइड्रोफोबिक सामग्रियों को उन सामग्रियों के रूप में परिभाषित किया जाता है जो 150° से अधिक के संपर्क कोण (वह कोण जिस पर पानी की सतह सामग्री की सतह से मिलती है) के साथ पानी की बूंदों को पीछे हटा देती है। इन सामग्रियों की सतह ऊर्जा कम होने के साथ-साथ माइक्रोन पैमाने पर खुरदरी सतह भी होती है।
हालाँकि, ऐसी सामग्री बनाने की वर्तमान तकनीकें जटिल हैं और इसमें अक्सर कठोर रसायनों का उपयोग शामिल होता है। शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया जेम्स टूर और सी फ्रेड हिग्स III अमेरिका में राइस यूनिवर्सिटी ने अब एक-चरणीय, विलायक-मुक्त सैंडिंग विधि विकसित की है जो लगभग 164° के संपर्क कोण के साथ सुपरहाइड्रोफोबिक सतह बना सकती है।
शोधकर्ताओं ने टेफ्लॉन, पॉलीप्रोपाइलीन, पॉलीस्टाइनिन, पॉलीविनाइल क्लोराइड और पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन सहित सामग्रियों की सतहों में ग्राफीन, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड, टेफ्लॉन और बोरान नाइट्राइड जैसे चयनित पाउडर एडिटिव्स को पेश करने के लिए वाणिज्यिक सैंडपेपर का उपयोग किया। सैंडपेपर 180 और 2000 के बीच ग्रिट वाले एल्यूमीनियम ऑक्साइड से बनाया गया था।
ट्राइबोफिल्म निर्माण
टूर बताते हैं, "रेत डालने की प्रक्रिया के दौरान, रगड़ने वाली सतहों के बीच पाउडर डालने से ट्राइबोफिल्म का निर्माण आसान हो जाता है।" "एक ट्राइबोफिल्म एक दूसरे के खिलाफ फिसलने वाली सतहों पर रासायनिक प्रतिक्रिया में बनता है और पानी को और भी अधिक पीछे हटाने के लिए सतह को क्रियाशील बनाता है।"
हिग्स कहते हैं, "सैंडिंग सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा को कम करने के लिए संरचनात्मक परिवर्तन और द्रव्यमान और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण को भी प्रेरित करती है।"
टूर बताता है कि सतहों की एक विस्तृत श्रृंखला को मिनटों में सुपरहाइड्रोफोबिक बनाया जा सकता है भौतिकी की दुनिया. यह रेतयुक्त सतहों के संभावित अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला पर प्रकाश डालता है।
हिग्स कहते हैं, "हवाई जहाज निर्माता नहीं चाहते कि उनके पंखों पर बर्फ जमा हो, जहाज के कप्तान नहीं चाहते कि समुद्र में जुड़े सूक्ष्म जीवों का खिंचाव उन्हें धीमा कर दे और बायोमेडिकल उपकरणों को बायोफ्लिंग से बचने की जरूरत है, जहां गीली सतहों पर बैक्टीरिया जमा हो जाते हैं।" "इस वन-स्टेप, सैंड-इन विधि से निर्मित मजबूत, लंबे समय तक चलने वाली सुपरहाइड्रोफोबिक सतहें इनमें से कई समस्याओं को कम कर सकती हैं।"
सुपरहाइड्रोफोबिक सतहें सख्त हो जाती हैं
हिग्स का कहना है कि हाइड्रोफोबिक सतहों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य तकनीकें बड़े सतह क्षेत्रों तक नहीं पहुंच सकती हैं, जैसे कि विमानों और जहाजों पर। उनका कहना है, ''यहां विकसित की गई सरल अनुप्रयोग तकनीकें स्केलेबल होनी चाहिए।''
मजबूत सुपरहाइड्रोफोबिसिटी
सुपरहाइड्रोफोबिक सामग्रियां बेहद मजबूत होती हैं। दरअसल, 100 चिपचिपे टेप छीलने के परीक्षणों के बाद और 130 घंटे तक हवा में 24°C के संपर्क में रहने के बाद भी वे जल-विकर्षक बने रहे। 18 महीनों तक उन्हें टेक्सन की तेज़ धूप में छोड़ने से उनकी संपत्तियों पर कोई असर नहीं पड़ा। और जब सामग्री विफल होने लगती है, तो उन्हें उसी पाउडर एडिटिव्स के साथ फिर से रेत कर आसानी से ताज़ा किया जा सकता है।
राइस शोधकर्ता अब अपनी सैंड-इन तकनीक को एक अन्य प्रकार के सब्सट्रेट - रिचार्जेबल बैटरी बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली धातु की सतहों - पर लागू करना चाह रहे हैं। दरअसल, उन्होंने हाल ही में लिथियम और सोडियम फ़ॉइल पर परीक्षण की सूचना दी है। टूर बताते हैं, "यहाँ ट्राइबोफिल्म की भूमिका बैटरी साइक्लिंग के दौरान धातु के जमाव/स्ट्रिपिंग व्यवहार को बेहतर बनाने के लिए बैटरी इलेक्ट्रोलाइट में आने वाले आयन प्रवाह को विनियमित करना था।"
शोधकर्ताओं ने उनके काम का वर्णन किया एसीएस अनुप्रयुक्त सामग्री.
