טכניקה חדשה נטולת ממסים יכולה לפשט את הייצור של חומרים סופר הידרופוביים ואנטי-הקרדה. לטכניקה, שניתן להשתמש בה כדי להפוך כמעט כל משטח דוחה מים במיוחד, יש יישומים פוטנציאליים רבים, כולל - אך לא רק - כנפי מטוס, מכשירים ביו-רפואיים, מערכות להפחתת גרר, אלקטרודות סוללה ומשטחי זרז.
חומרים סופר הידרופוביים מוגדרים ככאלה הדוחים טיפות מים עם זווית מגע (הזווית שבה פני המים פוגשים את פני החומר) של יותר מ-150°. לחומרים אלו יש גם אנרגיית פני שטח נמוכה וכן משטח מחוספס בסולם המיקרון.
עם זאת, הטכניקות הנוכחיות לייצור חומרים כאלה מורכבות ולעתים קרובות כוללות שימוש בכימיקלים קשים. צוות חוקרים בראשות סיור ג'יימס ו ג פרד היגס השלישי מאוניברסיטת רייס בארה"ב פיתחה כעת שיטת שיוף חד-שלבית נטולת ממסים שיכולה ליצור משטחים סופר הידרופוביים עם זווית מגע של כמעט 164°.
החוקרים השתמשו בנייר זכוכית מסחרי כדי להחדיר תוספי אבקה נבחרים, כגון גרפן, מוליבדן דיסולפיד, טפלון ובורון ניטריד, לתוך משטחי החומרים הכוללים טפלון, פוליפרופילן, פוליסטירן, פוליוויניל כלוריד ופולידימתילסילוקסן. נייר הזכוכית היה עשוי מתחמוצת אלומיניום עם גריסים של בין 180 ל-2000.
היווצרות טריבופילם
"במהלך תהליך ה-sand-in, החדרת אבקה בין משטחי השפשוף מקלה על היווצרות של טריבופילם", מסביר טור. "טריבופילם נוצר בתגובה כימית על משטחים המחליקים זה כנגד זה ומפעיל את פני השטח כדי לדחות מים אפילו יותר."
"השיוף גם גורם לשינויים מבניים והעברת מסה ואלקטרונים להורדת אנרגיית פני השטח של המצעים", מוסיף היגס.
ניתן להפוך מגוון רחב של משטחים לסופרהידרופוביים תוך דקות, מספר טור עולם הפיזיקה. זה מדגיש את המגוון הרחב של יישומים פוטנציאליים של משטחי השיוף.
"יצרני מטוסים לא רוצים שיווצר קרח על כנפיהם, קברניטי ספינות לא רוצים גרירה מחיידקי אוקיינוס מחוברים שיאטו אותם ומכשירים ביו-רפואיים צריכים להימנע מהתכלות ביולוגית, שבה חיידקים מצטברים על משטחים רטובים", אומר היגס. "משטחים סופר-הידרופוביים חזקים ועמידים לאורך זמן המיוצרים משיטת ה-Sand-in השלב-האחד יכולים להקל על רבות מהבעיות הללו."
משטחים סופר הידרופוביים מתקשים
היגס מציין כי טכניקות אחרות המשמשות ליצירת משטחים הידרופוביים אינן יכולות להתרחב לשטחי פנים גדולים, כגון אלו על מטוסים וספינות. "טכניקות יישום פשוטות כמו זו שפותחה כאן צריכות להיות ניתנות להרחבה", הוא אומר.
סופרהידרופוביות חזקה
החומרים הסופר הידרופוביים חזקים במיוחד. ואכן, הם נשארו דוחי מים גם לאחר 100 בדיקות קילוף סרט דביק ולאחר שנחשפו ל-130 מעלות צלזיוס באוויר למשך 24 שעות. השארתם בחוץ בשמש הטקסנית החמה למשך 18 חודשים לא השפיעה גם על תכונותיהם. וכשהחומרים אכן מתחילים להיכשל, ניתן לרענן אותם בקלות על ידי שיוף פשוט שוב עם אותם תוספי אבקה.
חוקרי רייס מחפשים כעת ליישם את טכניקת ה-sand-in שלהם על סוג אחר של מצע לגמרי - משטחי המתכת המשמשים לייצור סוללות נטענות. ואכן, לאחרונה הם דיווחו על בדיקות על רדיד ליתיום ונתרן. "התפקיד של הטריבופילם כאן היה לווסת את זרימת היונים הנכנסת באלקטרוליט הסוללה כדי לשפר את שקיעת המתכת/הפשטה במהלך רכיבת הסוללה", מסביר טור.
החוקרים מתארים את עבודתם ב ACS Applied Materials.
