Нова технологія без розчинників може спростити виробництво супергідрофобних і антиожеледних матеріалів. Технологія, яка може бути використана, щоб зробити майже будь-яку поверхню надзвичайно водовідштовхувальною, має численні потенційні застосування, включаючи, але не обмежуючись ними, крила літаків, біомедичні пристрої, системи зниження опору, електроди акумуляторів і поверхні каталізаторів.
Супергідрофобні матеріали визначаються як ті, які відштовхують краплі води з контактним кутом (кутом, під яким поверхня води зустрічається з поверхнею матеріалу) понад 150°. Ці матеріали також мають низьку поверхневу енергію, а також шорстку поверхню в мікронному масштабі.
Однак сучасні методи виготовлення таких матеріалів є складними і часто включають використання агресивних хімікатів. Команда дослідників під керівництвом Тур Джеймса та C Фред Хіггс III Університет Райса в США розробив одноетапний метод шліфування без розчинників, який може створювати супергідрофобні поверхні з контактним кутом майже 164°.
Дослідники використовували комерційний наждачний папір, щоб внести вибрані порошкові добавки, такі як графен, дисульфід молібдену, тефлон і нітрид бору, на поверхні матеріалів, включаючи тефлон, поліпропілен, полістирол, полівінілхлорид і полідиметилсилоксан. Наждачний папір виготовлявся з оксиду алюмінію із зернистістю від 180 до 2000.
Формування трибоплівки
«Під час процесу натирання введення порошку між тертьовими поверхнями сприяє утворенню трибоплівки», — пояснює Тур. «Трибоплівка утворюється в результаті хімічної реакції на поверхнях, які ковзають одна об одну, і функціонує поверхня, щоб ще більше відштовхувати воду».
«Шліфування також викликає структурні зміни та перенесення маси й електронів, щоб знизити поверхневу енергію підкладок», — додає Хіггс.
Широкий спектр поверхонь можна зробити супергідрофобними за лічені хвилини, розповідає Тур Світ фізики. Це підкреслює широкий спектр потенційних застосувань шліфованих поверхонь.
«Виробники літаків не хочуть, щоб на їхніх крилах утворювався лід, капітани кораблів не хочуть, щоб прикріплені океанічні мікроби уповільнювали їх рух, а біомедичні пристрої повинні уникати біообростання, коли бактерії накопичуються на вологих поверхнях», — говорить Хіггс. «Надійні, довговічні супергідрофобні поверхні, виготовлені за допомогою цього одноетапного методу засипання, можуть полегшити багато з цих проблем».
Супергідрофобні поверхні стають жорсткішими
Хіггс зазначає, що інші методи, які використовуються для створення гідрофобних поверхонь, не можуть масштабуватися до великих поверхонь, таких як на літаках і кораблях. «Прості методи застосування, подібні до розробленого тут, мають бути масштабованими», — каже він.
Надійна супергідрофобність
Супергідрофобні матеріали надзвичайно міцні. Дійсно, вони залишалися водовідштовхувальними навіть після 100 тестів на відшарування клейкої стрічки та після витримки на повітрі при 130°C протягом 24 годин. Залишення їх на гарячому техаському сонці протягом 18 місяців також не вплинуло на їхні властивості. А коли матеріали починають псуватися, їх можна легко оновити, просто відшліфувавши знову з тими ж порошковими добавками.
Дослідники Райса зараз прагнуть застосувати свою техніку піску до іншого типу підкладки – металевих поверхонь, які використовуються для виготовлення акумуляторних батарей. Дійсно, нещодавно вони повідомили про випробування літієвої та натрієвої фольги. «Роль трибоплівки тут полягала в тому, щоб регулювати вхідний потік іонів в електроліті батареї, щоб покращити осадження/здирання металу під час роботи батареї», — пояснює Тур.
Дослідники описують свою роботу в Прикладні матеріали ACS.
