O nouă tehnică fără solvenți ar putea simplifica fabricarea materialelor superhidrofobe și antigivrare. Tehnica, care poate fi folosită pentru a face aproape orice suprafață extrem de hidrofugă, are numeroase aplicații potențiale, inclusiv – dar fără a se limita la – aripi de avion, dispozitive biomedicale, sisteme de reducere a rezistenței, electrozi a bateriei și suprafețe de catalizator.
Materialele superhidrofobe sunt definite ca fiind cele care resping picăturile de apă cu un unghi de contact (unghiul la care suprafața apei se întâlnește cu suprafața materialului) mai mare de 150°. Aceste materiale au, de asemenea, o energie de suprafață scăzută, precum și o suprafață rugoasă la scara micronului.
Cu toate acestea, tehnicile actuale de realizare a unor astfel de materiale sunt complexe și implică adesea utilizarea de substanțe chimice dure. O echipă de cercetători condusă de Turneul James și C Fred Higgs III Universitatea Rice din SUA a dezvoltat acum o metodă de șlefuire într-o singură etapă, fără solvenți, care poate crea suprafețe superhidrofobe cu un unghi de contact de aproape 164°.
Cercetătorii au folosit hârtie abrazivă din comerț pentru a introduce aditivi în pulbere selectați, cum ar fi grafen, bisulfură de molibden, teflon și nitrură de bor, pe suprafețele materialelor, inclusiv teflon, polipropilenă, polistiren, clorură de polivinil și polidimetilsiloxan. Hârtia abrazivă a fost realizată din oxid de aluminiu cu granule între 180 și 2000.
Formarea tribofilmului
„În timpul procesului de nisip, introducerea de pulbere între suprafețele de frecare facilitează formarea unui tribofilm”, explică Tour. „Un tribofilm se formează într-o reacție chimică pe suprafețele care alunecă una pe cealaltă și funcționează suprafața pentru a respinge și mai mult apa.”
„Șlefuirea induce, de asemenea, modificări structurale și transferul de masă și electroni pentru a reduce energia de suprafață a substraturilor”, adaugă Higgs.
O gamă largă de suprafețe pot fi făcute superhidrofobe în câteva minute, spune Tour Lumea fizicii. Acest lucru evidențiază gama largă de aplicații potențiale ale suprafețelor șlefuite.
„Producătorii de avioane nu vor să se formeze gheață pe aripile lor, căpitanii de nave nu vor ca rezistența microbilor oceanici atașați să le încetinească, iar dispozitivele biomedicale trebuie să evite biofouling, unde bacteriile se acumulează pe suprafețele umede”, spune Higgs. „Suprafețele superhidrofobe robuste și de lungă durată produse prin această metodă de nisip într-un singur pas pot atenua multe dintre aceste probleme.”
Suprafețele superhidrofobe se întăresc
Higgs observă că alte tehnici folosite pentru a genera suprafețe hidrofobe nu pot scala suprafețe mari, cum ar fi cele de pe avioane și nave. „Tehnicile de aplicare simple, precum cea dezvoltată aici, ar trebui să fie scalabile”, spune el.
Superhidrofobicitate robustă
Materialele superhidrofobe sunt extrem de robuste. Într-adevăr, au rămas hidrofugă chiar și după 100 de teste de peeling cu bandă lipicioasă și după ce au fost expuse la 130°C în aer timp de 24 de ore. Lăsarea lor timp de 18 luni la soarele fierbinte texan nu le-a afectat nici proprietățile. Și când materialele încep să se defecteze, pot fi reîmprospătate cu ușurință, pur și simplu șlefuindu-le din nou cu aceiași aditivi pentru pulbere.
Cercetătorii Rice caută acum să aplice tehnica lor de nisip pe un alt tip de substrat cu totul - suprafețele metalice folosite pentru a face bateriile reîncărcabile. Într-adevăr, au raportat recent teste pe folii cu litiu și sodiu. „Rolul tribofilmului aici a fost de a regla fluxul de ioni de intrare în electrolitul bateriei pentru a îmbunătăți comportamentul de depunere/decapare a metalului în timpul ciclării bateriei”, explică Tour.
Cercetătorii își descriu munca în Materiale aplicate ACS.
