Teknik bebas pelarut baru dapat menyederhanakan pembuatan bahan superhidrofobik dan anti-icing. Teknik ini, yang dapat digunakan untuk membuat hampir semua permukaan menjadi sangat anti air, memiliki banyak aplikasi potensial, termasuk – namun tidak terbatas pada – sayap pesawat, perangkat biomedis, sistem pengurangan hambatan, elektroda baterai, dan permukaan katalis.
Bahan superhidrofobik didefinisikan sebagai bahan yang menolak tetesan air dengan sudut kontak (sudut di mana permukaan air bertemu dengan permukaan bahan) lebih dari 150 °. Bahan-bahan ini juga memiliki energi permukaan yang rendah serta permukaan yang kasar pada skala mikron.
Namun, teknik saat ini untuk membuat bahan semacam itu rumit dan sering kali melibatkan penggunaan bahan kimia yang keras. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Tur James dan C Fred Higgs III dari Rice University di AS kini telah mengembangkan satu langkah, metode pengamplasan bebas pelarut yang dapat menciptakan permukaan superhidrofobik dengan sudut kontak hampir 164°.
Para peneliti menggunakan amplas komersial untuk memperkenalkan aditif bubuk pilihan, seperti graphene, molibdenum disulfida, Teflon dan boron nitrida, ke permukaan bahan termasuk Teflon, polipropilen, polistirena, polivinil klorida, dan polidimetilsiloksan. Amplas terbuat dari aluminium oksida dengan grit antara 180 dan 2000.
Pembentukan tribofilm
“Selama proses sand-in, pengenalan bubuk di antara permukaan gosok memfasilitasi pembentukan tribofilm,” jelas Tour. “Sebuah tribofilm terbentuk dalam reaksi kimia pada permukaan yang saling bergesekan dan memfungsikan permukaan untuk lebih menolak air.”
“Pengamplasan juga menginduksi perubahan struktural dan transfer massa dan elektron untuk menurunkan energi permukaan substrat,” tambah Higgs.
Berbagai macam permukaan dapat dibuat superhidrofobik dalam hitungan menit, kata Tour Dunia Fisika. Ini menyoroti berbagai aplikasi potensial dari permukaan yang diampelas.
“Produsen pesawat tidak ingin es terbentuk di sayap mereka, kapten kapal tidak ingin hambatan dari mikroba laut yang menempel memperlambat mereka dan perangkat biomedis perlu menghindari biofouling, di mana bakteri menumpuk di permukaan basah,” kata Higgs. “Permukaan superhidrofobik yang kuat dan tahan lama yang dihasilkan dari metode pasir satu langkah ini dapat mengatasi banyak masalah ini.”
Permukaan superhidrofobik mengeras
Higgs mencatat bahwa teknik lain yang digunakan untuk menghasilkan permukaan hidrofobik tidak dapat ditingkatkan ke area permukaan yang besar, seperti pada pesawat dan kapal. “Teknik aplikasi sederhana seperti yang dikembangkan di sini harus dapat diskalakan,” katanya.
Superhidrofobisitas yang kuat
Bahan superhydrophobic sangat kuat. Memang, mereka tetap anti air bahkan setelah 100 tes pengelupasan selotip dan setelah terpapar 130 ° C di udara selama 24 jam. Meninggalkan mereka di bawah terik matahari Texas selama 18 bulan juga tidak mempengaruhi properti mereka. Dan ketika bahan mulai rusak, mereka dapat dengan mudah disegarkan hanya dengan mengampelasnya lagi dengan aditif bubuk yang sama.
Para peneliti Rice sekarang mencari untuk menerapkan teknik sand-in mereka ke jenis substrat lain secara bersamaan – permukaan logam yang digunakan untuk membuat baterai isi ulang. Memang, mereka baru-baru ini melaporkan tes pada foil lithium dan natrium. “Peran tribofilm di sini adalah untuk mengatur aliran ion yang masuk dalam elektrolit baterai untuk meningkatkan perilaku deposisi/pengupasan logam selama siklus baterai,” jelas Tour.
Para peneliti mendeskripsikan pekerjaan mereka dalam Bahan Terapan ACS.
