Новая технология без использования растворителей может упростить производство супергидрофобных и антиобледенительных материалов. Этот метод, который можно использовать для придания водоотталкивающих свойств практически любой поверхности, имеет множество потенциальных применений, включая, помимо прочего, крылья самолетов, биомедицинские устройства, системы снижения сопротивления, аккумуляторные электроды и поверхности катализаторов.
Супергидрофобные материалы определяются как материалы, которые отталкивают капли воды с краевым углом (угол, при котором поверхность воды встречается с поверхностью материала) более 150°. Эти материалы также имеют низкую поверхностную энергию, а также шероховатую поверхность в микронном масштабе.
Однако современные методы изготовления таких материалов сложны и часто включают использование агрессивных химикатов. Группа исследователей под руководством Джеймс тур и C Фред Хиггс III Университет Райса в США разработал одноэтапный метод шлифования без использования растворителей, который может создавать супергидрофобные поверхности с контактным углом почти 164°.
Исследователи использовали коммерческую наждачную бумагу для введения выбранных порошковых добавок, таких как графен, дисульфид молибдена, тефлон и нитрид бора, в поверхности материалов, включая тефлон, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид и полидиметилсилоксан. Наждачная бумага была изготовлена из оксида алюминия с зернистостью от 180 до 2000.
Формирование трибопленки
«В процессе пескоструйной обработки введение порошка между трущимися поверхностями способствует образованию трибопленки», — объясняет Тур. «Трибопленка образуется в результате химической реакции на поверхностях, скользящих друг относительно друга, и функционализирует поверхность, чтобы еще больше отталкивать воду».
«Шлифовка также вызывает структурные изменения и перенос массы и электронов, чтобы снизить поверхностную энергию подложек», — добавляет Хиггс.
Тур рассказывает, что широкий спектр поверхностей можно сделать супергидрофобными за считанные минуты. Мир физики. Это подчеркивает широкий спектр потенциальных применений отшлифованных поверхностей.
«Производители самолетов не хотят, чтобы на их крыльях образовывался лед, капитаны кораблей не хотят, чтобы прилипшие к ним океанские микробы замедляли их движение, а биомедицинские устройства должны избегать биологического обрастания, когда бактерии накапливаются на влажных поверхностях», — говорит Хиггс. «Надежные, долговечные супергидрофобные поверхности, полученные с помощью этого одноэтапного метода пескоструйной обработки, могут решить многие из этих проблем».
Супергидрофобные поверхности становятся более жесткими
Хиггс отмечает, что другие методы, используемые для создания гидрофобных поверхностей, не могут масштабироваться до больших площадей поверхности, например, на самолетах и кораблях. «Простые методы применения, подобные разработанному здесь, должны быть масштабируемыми», — говорит он.
Надежная супергидрофобность
Супергидрофобные материалы чрезвычайно прочны. Действительно, они оставались водоотталкивающими даже после 100 испытаний на отслаивание липкой ленты и после выдержки при температуре 130°C на воздухе в течение 24 часов. Оставление их на жарком техасском солнце в течение 18 месяцев также не повлияло на их свойства. А когда материалы действительно начинают разрушаться, их можно легко обновить, просто отшлифовав еще раз с теми же порошковыми добавками.
Исследователи Райса теперь пытаются применить свою технику песка к другому типу субстрата — металлическим поверхностям, используемым для изготовления перезаряжаемых батарей. Действительно, недавно они сообщили об испытаниях литиевой и натриевой фольги. «Роль трибопленки здесь заключалась в том, чтобы регулировать поступающий ионный поток в электролит батареи, чтобы улучшить поведение осаждения/зачистки металла во время циклирования батареи», — объясняет Тур.
Исследователи описывают свою работу в Прикладные материалы ACS.
