เทคนิคใหม่ที่ปราศจากตัวทำละลายสามารถลดความซับซ้อนในการผลิตวัสดุ superhydrophobic และ anti-icing เทคนิคนี้ใช้เพื่อทำให้เกือบทุกพื้นผิวกันน้ำได้อย่างมาก มีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย ซึ่งรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียง ปีกเครื่องบิน อุปกรณ์ชีวการแพทย์ ระบบลดแรงต้าน อิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ และพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา
วัสดุที่ไม่ชอบน้ำถูกกำหนดให้เป็นวัสดุที่ขับไล่หยดน้ำด้วยมุมสัมผัส (มุมที่พื้นผิวของน้ำสัมผัสกับพื้นผิวของวัสดุ) มากกว่า 150° วัสดุเหล่านี้ยังมีพลังงานพื้นผิวต่ำเช่นเดียวกับพื้นผิวที่ขรุขระในระดับไมครอน
อย่างไรก็ตาม เทคนิคในปัจจุบันในการผลิตวัสดุดังกล่าวมีความซับซ้อนและมักเกี่ยวข้องกับการใช้สารเคมีที่รุนแรง ทีมนักวิจัยนำโดย ทัวร์เจมส์ และ ซี เฟร็ด ฮิกส์ III ของมหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาวิธีการขัดแบบไร้ตัวทำละลายขั้นตอนเดียว ซึ่งสามารถสร้างพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำได้มาก โดยมีมุมสัมผัสเกือบ 164°
นักวิจัยใช้กระดาษทรายเชิงพาณิชย์เพื่อแนะนำสารเติมแต่งผงที่เลือก เช่น กราฟีน โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ เทฟลอน และโบรอนไนไตรด์ ลงในพื้นผิวของวัสดุ เช่น เทฟลอน โพรพิลีน โพลีสไตรีน โพลีไวนิลคลอไรด์ และโพลิไดเมทิลไซลอกเซน กระดาษทรายทำจากอลูมิเนียมออกไซด์ที่มีปลายข้าวระหว่าง 180 ถึง 2000
การก่อตัวของไตรโบฟิล์ม
"ในระหว่างกระบวนการผสมทราย การนำผงระหว่างพื้นผิวที่ขัดถูช่วยให้เกิดไตรโบฟิล์มได้ง่ายขึ้น" Tour อธิบาย “ไตรโบฟิล์มก่อตัวขึ้นในปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิวที่เลื่อนเข้าหากัน และทำหน้าที่พื้นผิวเพื่อขับไล่น้ำมากยิ่งขึ้น”
"การขัดทรายยังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการถ่ายโอนมวลและอิเล็กตรอนเพื่อลดพลังงานพื้นผิวของพื้นผิว" ฮิกส์กล่าวเสริม
พื้นผิวที่หลากหลายสามารถทำ superhydrophobic ได้ในเวลาไม่กี่นาที Tour บอก โลกฟิสิกส์. สิ่งนี้เน้นถึงการใช้งานที่หลากหลายของพื้นผิวทราย
“ผู้ผลิตเครื่องบินไม่ต้องการให้เกิดน้ำแข็งบนปีกของพวกเขา กัปตันเรือไม่ต้องการลากจากจุลินทรีย์ในมหาสมุทรที่เกาะติดอยู่ทำให้พวกมันช้าลง และอุปกรณ์ชีวการแพทย์จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนทางชีวภาพ ซึ่งแบคทีเรียสร้างขึ้นบนพื้นผิวที่เปียก” ฮิกส์กล่าว "พื้นผิว superhydrophobic ที่ทนทานและใช้งานได้ยาวนานซึ่งผลิตจากวิธีการผสมทรายในขั้นตอนเดียวนี้สามารถบรรเทาปัญหาเหล่านี้ได้มากมาย"
พื้นผิว Superhydrophobic แกร่งขึ้น
ฮิกส์ตั้งข้อสังเกตว่าเทคนิคอื่นๆ ที่ใช้ในการสร้างพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำไม่สามารถขยายไปถึงพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ได้ เช่น บนเครื่องบินและบนเรือ "เทคนิคการใช้งานง่ายๆ อย่างที่พัฒนาขึ้นที่นี่ควรจะสามารถปรับขนาดได้" เขากล่าว
superhydrophobicity ที่แข็งแกร่ง
วัสดุ superhydrophobic มีความทนทานสูง โดยแท้จริงแล้ว เทปเหล่านี้ยังคงกันน้ำได้แม้หลังจากการทดสอบลอกเทปเหนียว 100 ครั้ง และหลังจากสัมผัสกับอากาศที่ 130°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง การทิ้งพวกมันไว้กลางแดดที่ร้อนจัดเป็นเวลา 18 เดือนก็ไม่ส่งผลต่อคุณสมบัติของพวกมันเช่นกัน และเมื่อวัสดุเริ่มชำรุด ก็สามารถรีเฟรชได้ง่ายๆ เพียงขัดอีกครั้งด้วยสารเติมแต่งชนิดผงชนิดเดียวกัน
นักวิจัยของ Rice กำลังมองหาการนำเทคนิคการฝังทรายของพวกเขาไปใช้กับพื้นผิวประเภทอื่นทั้งหมด นั่นคือพื้นผิวโลหะที่ใช้ทำแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ อันที่จริง พวกเขาเพิ่งรายงานการทดสอบลิเธียมและฟอยล์โซเดียม "บทบาทของไทรโบฟิล์มในที่นี้คือควบคุมการไหลของไอออนที่เข้ามาในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่เพื่อปรับปรุงลักษณะการสะสม/การลอกของโลหะระหว่างการหมุนเวียนของแบตเตอรี่" Tour อธิบาย
นักวิจัยอธิบายงานของพวกเขาใน วัสดุประยุกต์ ACS.
