새로운 무용제 기술은 초소수성 및 결빙 방지 재료의 제조를 단순화할 수 있습니다. 거의 모든 표면을 극도의 발수성으로 만드는 데 사용할 수 있는 이 기술은 비행기 날개, 생체 의학 장치, 항력 감소 시스템, 배터리 전극 및 촉매 표면을 포함하되 이에 국한되지 않는 수많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다.
초소수성 물질은 150° 이상의 접촉각(물 표면이 물질 표면과 만나는 각도)으로 물방울을 밀어내는 물질로 정의됩니다. 이러한 재료는 또한 표면 에너지가 낮을 뿐만 아니라 미크론 규모의 거친 표면을 가지고 있습니다.
그러나 그러한 물질을 만드는 현재 기술은 복잡하고 종종 독한 화학 물질을 사용합니다. 가 이끄는 연구팀 제임스 투어 과 C 프레드 힉스 XNUMX세 미국 라이스 대학의 연구팀은 현재 거의 164°에 가까운 접촉각을 가진 초소수성 표면을 만들 수 있는 무용제 XNUMX단계 샌딩 방법을 개발했습니다.
연구원들은 그래핀, 몰리브덴 이황화물, 테플론 및 질화붕소와 같은 선택된 분말 첨가제를 테프론, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐 및 폴리디메틸실록산을 포함한 재료의 표면에 도입하기 위해 상업용 사포를 사용했습니다. 사포는 입자가 180에서 2000 사이인 산화알루미늄으로 만들어졌습니다.
트리보필름 형성
"샌드인 공정 중에 마찰 표면 사이에 분말이 도입되면 트리보필름의 형성이 촉진됩니다."라고 Tour는 설명합니다. "마찰막은 서로 미끄러지는 표면에서 화학 반응으로 형성되며 표면을 기능화하여 물을 훨씬 더 밀어냅니다."
"샌딩은 또한 기판의 표면 에너지를 낮추기 위해 구조적 변화와 질량 및 전자 이동을 유도합니다."라고 Higgs는 덧붙입니다.
광범위한 표면을 몇 분 안에 초소수성으로 만들 수 있다고 Tour는 말합니다. 물리 세계. 이것은 샌딩된 표면의 광범위한 잠재적 적용을 강조합니다.
"비행기 제조업체는 날개에 얼음이 형성되는 것을 원하지 않고, 선장은 부착된 해양 미생물로 인해 속도가 느려지는 것을 원하지 않으며, 생의학 장치는 젖은 표면에 박테리아가 축적되는 생물 오염을 방지해야 합니다."라고 Higgs는 말합니다. "이 한 단계의 샌드인 방법으로 생성된 견고하고 오래 지속되는 초소수성 표면은 이러한 많은 문제를 완화할 수 있습니다."
초소수성 표면 강화
Higgs는 소수성 표면을 생성하는 데 사용되는 다른 기술은 비행기와 선박과 같은 넓은 표면적까지 확장할 수 없다고 지적합니다. "여기에서 개발된 것과 같은 간단한 응용 기술은 확장 가능해야 합니다."라고 그는 말합니다.
강력한 초소수성
초소수성 재료는 매우 견고합니다. 실제로 100번의 점착 테이프 박리 테스트와 공기 중에서 130°C에 24시간 동안 노출된 후에도 발수성을 유지했습니다. 뜨거운 텍사스의 태양 아래 18개월 동안 방치해도 특성에 영향을 미치지 않았습니다. 그리고 재료가 고장나기 시작하면 동일한 분말 첨가제로 재료를 다시 샌딩하기만 하면 쉽게 새로 고칠 수 있습니다.
Rice 연구원들은 이제 재충전 배터리를 만드는 데 사용되는 금속 표면과 같은 다른 유형의 기판에 샌드인 기술을 적용하는 방법을 찾고 있습니다. 실제로 그들은 최근 리튬 및 나트륨 포일에 대한 테스트를 보고했습니다. "여기서 마찰필름의 역할은 배터리 사이클 동안 금속 증착/스트리핑 거동을 개선하기 위해 배터리 전해질에서 유입되는 이온 흐름을 조절하는 것이었습니다."라고 Tour는 설명합니다.
연구자들은 그들의 연구를 ACS응용재료.
