Egy új, oldószermentes technika leegyszerűsítheti a szuperhidrofób és jegesedésgátló anyagok gyártását. A szinte bármilyen felület rendkívül vízlepergetővé tételére alkalmazható technika számos alkalmazási lehetőséget rejt magában, beleértve – de nem kizárólagosan – repülőgépszárnyakat, orvosbiológiai eszközöket, légellenállás-csökkentő rendszereket, akkumulátorelektródákat és katalizátorfelületeket.
Szuperhidrofób anyagoknak nevezzük azokat, amelyek 150°-nál nagyobb érintkezési szöggel taszítják el a vízcseppeket (az a szög, amelyben a víz felülete találkozik az anyag felületével). Ezeknek az anyagoknak a felületi energiája is alacsony, valamint mikronskálán érdes felületűek.
Az ilyen anyagok előállításának jelenlegi technikái azonban összetettek, és gyakran durva vegyszereket is használnak. Az általa vezetett kutatócsoport James turné és a C Fred Higgs III Az amerikai Rice University kifejlesztett egy egylépéses, oldószermentes csiszolási módszert, amellyel szuperhidrofób felületek hozhatók létre közel 164°-os érintkezési szöggel.
A kutatók kereskedelemben kapható csiszolópapírt használtak bizonyos poradalékok, például grafén, molibdén-diszulfid, teflon és bór-nitrid bejuttatására olyan anyagok felületére, mint a teflon, polipropilén, polisztirol, polivinil-klorid és polidimetil-sziloxán. A csiszolópapír 180 és 2000 közötti szemcseméretű alumínium-oxidból készült.
Tribofilm képződés
„A becsiszolási folyamat során a por bejuttatása a dörzsölő felületek közé elősegíti a tribofilm kialakulását” – magyarázza Tour. "Tribofilm kémiai reakcióban képződik az egymásnak csúszó felületeken, és funkcionalizálja a felületet, hogy még jobban taszítsa a vizet."
"A csiszolás szerkezeti változásokat, valamint tömeg- és elektrontranszfert is indukál, ami csökkenti a hordozó felületi energiáját" - teszi hozzá Higgs.
A felületek széles skálája percek alatt szuperhidrofóbbá tehető, mondja Tour Fizika Világa. Ez rávilágít a csiszolt felületek alkalmazási lehetőségeinek széles skálájára.
„A repülőgépgyártók nem akarják, hogy jég képződjön a szárnyaikon, a hajóskapitányok nem akarják, hogy a rájuk tapadt óceáni mikrobák lelassítsák őket, és az orvosbiológiai eszközöknek el kell kerülniük a bioszennyeződést, ahol a baktériumok felhalmozódnak a nedves felületeken” – mondja Higgs. "Az ezzel az egylépéses, homokos módszerrel előállított robusztus, hosszú élettartamú szuperhidrofób felületek sok ilyen problémát enyhíthetnek."
A szuperhidrofób felületek megkeményednek
Higgs megjegyzi, hogy a hidrofób felületek létrehozására használt egyéb technikák nem skálázhatók nagy felületekre, például repülőgépeken és hajókon. „Az itt kifejlesztetthez hasonló egyszerű alkalmazási technikáknak méretezhetőnek kell lenniük” – mondja.
Robusztus szuperhidrofób
A szuperhidrofób anyagok rendkívül robusztusak. Valójában vízlepergetőek maradtak még 100 ragasztószalag-lehúzási teszt után és 130 órán át 24°C-os levegőn való kitétel után is. Az sem befolyásolta tulajdonságaikat, hogy 18 hónapig kint hagyták őket a forró texasi napon. És amikor az anyagok kezdenek tönkremenni, könnyen felfrissíthetők, ha újra csiszolják ugyanazokkal a poradalékokkal.
A Rice kutatói most arra törekednek, hogy besandolási technikájukat teljesen más típusú hordozóra alkalmazzák – az újratölthető elemek gyártásához használt fémfelületekre. Valójában nemrégiben lítium- és nátriumfólián végzett tesztekről számoltak be. "A tribofilm szerepe itt az volt, hogy szabályozza a bejövő ionok áramlását az akkumulátor elektrolitjában, hogy javítsa a fémlerakódást / leválasztási viselkedést az akkumulátor ciklusa során" - magyarázza Tour.
A kutatók itt írják le munkájukat ACS alkalmazott anyagok.
