Nowa, bezrozpuszczalnikowa technika może uprościć produkcję materiałów superhydrofobowych i zapobiegających oblodzeniu. Technika, która może być wykorzystana do uczynienia niemal każdej powierzchni wyjątkowo hydrofobową, ma wiele potencjalnych zastosowań, w tym między innymi skrzydła samolotów, urządzenia biomedyczne, systemy redukcji oporu, elektrody akumulatorowe i powierzchnie katalizatorów.
Materiały superhydrofobowe definiuje się jako te, które odpychają kropelki wody o kącie zwilżania (kąt, pod którym powierzchnia wody styka się z powierzchnią materiału) powyżej 150°. Materiały te mają również niską energię powierzchniową oraz chropowatą powierzchnię w skali mikronowej.
Obecne techniki wytwarzania takich materiałów są jednak złożone i często wymagają użycia agresywnych chemikaliów. Zespół badaczy kierowany przez James tour i C Fred Higgs III z Rice University w USA opracował teraz jednoetapową, bezrozpuszczalnikową metodę szlifowania, która umożliwia tworzenie superhydrofobowych powierzchni o kącie zwilżania prawie 164°.
Za pomocą komercyjnego papieru ściernego wprowadzono wybrane dodatki proszkowe, takie jak grafen, dwusiarczek molibdenu, teflon i azotek boru, na powierzchnie materiałów m.in. teflonu, polipropylenu, polistyrenu, polichlorku winylu i polidimetylosiloksanu. Papier ścierny został wykonany z tlenku glinu o granulacji od 180 do 2000.
Tworzenie trybofilmu
„Podczas procesu piaskowania wprowadzenie proszku między powierzchnie trące ułatwia tworzenie trybofilmu”, wyjaśnia Tour. „Tribofilm tworzy się w reakcji chemicznej na powierzchniach ślizgających się względem siebie i jeszcze bardziej funkcjonalizuje powierzchnię, aby odpychać wodę”.
„Szlifowanie powoduje również zmiany strukturalne oraz przenoszenie masy i elektronów w celu obniżenia energii powierzchniowej podłoży” – dodaje Higgs.
Szeroka gama powierzchni może stać się superhydrofobowa w ciągu kilku minut, mówi Tour Świat Fizyki. Podkreśla to szeroki zakres potencjalnych zastosowań szlifowanych powierzchni.
„Producenci samolotów nie chcą, aby lód tworzył się na ich skrzydłach, kapitanowie statków nie chcą, aby opór powodowany przez dołączone mikroby oceaniczne spowalniał ich działanie, a urządzenia biomedyczne muszą unikać biofoulingu, w którym bakterie gromadzą się na mokrych powierzchniach” – mówi Higgs. „Wytrzymałe, długotrwałe superhydrofobowe powierzchnie wytwarzane za pomocą tej jednoetapowej metody piaskowania mogą złagodzić wiele z tych problemów”.
Powierzchnie superhydrofobowe hartują
Higgs zauważa, że inne techniki wykorzystywane do generowania powierzchni hydrofobowych nie mogą skalować się do dużych powierzchni, takich jak te stosowane w samolotach i statkach. „Proste techniki aplikacji, takie jak ta opracowana tutaj, powinny być skalowalne”, mówi.
Solidna superhydrofobowość
Materiały superhydrofobowe są niezwykle wytrzymałe. Rzeczywiście, pozostały one wodoodporne nawet po 100 testach odrywania taśmy klejącej i po wystawieniu na działanie 130°C na powietrzu przez 24 godziny. Pozostawienie ich na 18 miesięcy w gorącym teksańskim słońcu również nie wpłynęło na ich właściwości. A kiedy materiały zaczną się psuć, można je łatwo odświeżyć, po prostu przeszlifując je ponownie tymi samymi dodatkami proszkowymi.
Naukowcy z firmy Rice chcą teraz zastosować swoją technikę piaskowania do innego rodzaju podłoża – metalowych powierzchni używanych do produkcji akumulatorów. Rzeczywiście, niedawno donieśli o testach na foliach litowych i sodowych. „Rola trybofilmu polegała na regulacji przepływu jonów wchodzących do elektrolitu akumulatora, aby poprawić zachowanie metalu podczas cyklu pracy akumulatora” — wyjaśnia Tour.
Naukowcy opisują swoją pracę w Materiały stosowane ACS.
