新しい無溶媒技術により、超疎水性および防氷材料の製造が簡素化される可能性があります。 ほぼすべての表面を非常に撥水性にするために使用できるこの技術には、飛行機の翼、生物医学デバイス、抗力低減システム、バッテリー電極、触媒表面など、多くの潜在的な用途があります。
超疎水性材料は、150° を超える接触角 (水の表面と材料の表面が交わる角度) で水滴をはじく材料として定義されます。 これらの材料は、表面エネルギーが低く、ミクロン スケールの粗い表面も持っています。
しかし、そのような材料を作るための現在の技術は複雑で、刺激の強い化学物質を使用することがよくあります。 が率いる研究者チーム ジェームスツアー & C フレッド・ヒッグス III 米国のライス大学の研究チームは、接触角がほぼ 164° の超疎水性表面を作成できるワンステップの無溶剤サンディング法を開発しました。
研究者は、市販のサンドペーパーを使用して、グラフェン、二硫化モリブデン、テフロン、窒化ホウ素などの選択された粉末添加剤を、テフロン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリジメチルシロキサンなどの材料の表面に導入しました。 サンドペーパーは、180 から 2000 の間のグリットを持つ酸化アルミニウムから作られました。
トライボフィルム形成
「サンドインプロセス中に、摩擦面の間に粉末が導入されると、トライボフィルムの形成が促進されます」と Tour は説明します。 「トライボフィルムは、互いに滑り合う表面に化学反応で形成され、表面を機能化して水をさらにはじきます。」
「サンディングはまた、構造変化と物質および電子の移動を誘発して、基板の表面エネルギーを低下させます」と Higgs は付け加えます。
Tour は、幅広い表面を数分で超疎水性にすることができると語っています。 物理学の世界. これは、研磨された表面の幅広い潜在的な用途を強調しています。
「飛行機の製造業者は、翼に氷が形成されることを望んでおらず、船長は付着した海洋微生物からの抗力によって速度が低下することを望んでおらず、生物医学装置は、細菌が湿った表面に蓄積する生物付着を回避する必要があります」とヒッグスは言います。 「このワンステップのサンドイン法から製造された堅牢で長持ちする超疎水性表面は、これらの問題の多くを軽減することができます。」
超疎水性表面が強化されます
Higgs は、疎水性表面を生成するために使用される他の技術は、飛行機や船などの大きな表面積にスケールアップできないことに注目しています。 「ここで開発されたような単純なアプリケーション技術は、スケーラブルでなければなりません」と彼は言います。
堅牢な超疎水性
超疎水性材料は非常に堅牢です。 実際、100回の粘着テープ剥離試験後、および空気中130°Cに24時間さらされた後でも、撥水性を維持していました。 テキサスの暑い太陽の下に 18 か月放置しても、特性に影響はありませんでした。 また、材料が劣化し始めた場合は、同じ粉末添加剤で再び研磨するだけで簡単にリフレッシュできます。
ライスの研究者は現在、サンドイン技術を別の種類の基板、つまり充電式電池の製造に使用される金属表面に適用することを検討しています. 実際、彼らは最近、リチウム箔とナトリウム箔のテストを報告しました。 「ここでのトライボフィルムの役割は、バッテリーの電解液に流入するイオンの流れを調整して、バッテリーのサイクル中の金属の堆積/剥離挙動を改善することでした」と Tour は説明します。
研究者は彼らの仕事を ACS アプライド マテリアルズ.
