Nova tehnika brez topil bi lahko poenostavila proizvodnjo superhidrofobnih materialov in materialov proti zaledenitvi. Tehnika, s katero je mogoče narediti skoraj vsako površino izjemno vodoodbojno, ima številne potencialne aplikacije, vključno z – a ne omejeno na – letalskimi krili, biomedicinskimi napravami, sistemi za zmanjšanje upora, baterijskimi elektrodami in površinami katalizatorjev.
Superhidrofobni materiali so opredeljeni kot tisti, ki odbijajo vodne kapljice s kontaktnim kotom (kot, pod katerim se površina vode sreča s površino materiala) več kot 150°. Ti materiali imajo tudi nizko površinsko energijo in hrapavo površino v mikronskem merilu.
Trenutne tehnike za izdelavo takih materialov pa so zapletene in pogosto vključujejo uporabo močnih kemikalij. Skupina raziskovalcev pod vodstvom James turneja in C Fred Higgs III Univerze Rice v ZDA je razvil enostopenjsko metodo brušenja brez topil, ki lahko ustvari superhidrofobne površine s kontaktnim kotom skoraj 164°.
Raziskovalci so uporabili komercialni brusni papir za vnos izbranih praškastih dodatkov, kot so grafen, molibdenov disulfid, teflon in borov nitrid, v površine materialov, vključno s teflonom, polipropilenom, polistirenom, polivinilkloridom in polidimetilsiloksanom. Brusni papir je bil narejen iz aluminijevega oksida z zrnatostjo med 180 in 2000.
Nastanek tribofilma
»Med postopkom peskanja vnos prahu med drgne površine olajša nastanek tribofilma,« pojasnjuje Tour. "Tribofilm nastane v kemični reakciji na površinah, ki drsijo druga proti drugi, in funkcionalizira površino, da še bolj odbija vodo."
»Brusenje povzroči tudi strukturne spremembe ter prenos mase in elektronov, da se zmanjša površinska energija substratov,« dodaja Higgs.
Širok nabor površin je mogoče narediti superhidrofobne v nekaj minutah, pravi Tour Svet fizike. To poudarja široko paleto možnih uporab brušenih površin.
"Proizvajalci letal ne želijo, da se na njihovih krilih tvori led, kapitani ladij ne želijo, da bi jih upočasnili upor zaradi pritrjenih oceanskih mikrobov, biomedicinske naprave pa se morajo izogibati biološkemu obraščanju, kjer se bakterije kopičijo na mokrih površinah," pravi Higgs. "Robustne, dolgotrajne superhidrofobne površine, proizvedene s to enostopenjsko metodo peskanja, lahko ublažijo veliko teh težav."
Superhidrofobne površine se utrdijo
Higgs ugotavlja, da druge tehnike, ki se uporabljajo za ustvarjanje hidrofobnih površin, ne morejo doseči velikih površin, kot so tiste na letalih in ladjah. "Enostavne tehnike uporabe, kot je tukaj razvita, bi morale biti prilagodljive," pravi.
Robustna superhidrofobnost
Superhidrofobni materiali so izjemno robustni. Pravzaprav so ostali vodoodbojni tudi po 100 testih luščenja lepilnega traku in po 130-urni izpostavljenosti 24 °C na zraku. Tudi to, da so jih 18 mesecev pustili na vročem teksaškem soncu, ni vplivalo na njihove lastnosti. In ko materiali res začnejo kvariti, jih je mogoče enostavno osvežiti tako, da jih preprosto ponovno pobrusite z istimi praškastimi dodatki.
Raziskovalci Rice zdaj iščejo svojo tehniko peska v celoti uporabiti za drugo vrsto substrata – kovinske površine, ki se uporabljajo za izdelavo baterij za ponovno polnjenje. Dejansko so nedavno poročali o testih na litijevih in natrijevih folijah. "Vloga tribofilma tukaj je bila uravnavanje vhodnega ionskega toka v elektrolitu akumulatorja, da bi izboljšali obnašanje pri odlaganju/odstranjevanju kovin med kroženjem akumulatorja," pojasnjuje Tour.
Raziskovalci opisujejo svoje delo v Uporabljeni materiali ACS.
