Một kỹ thuật mới không dùng dung môi có thể đơn giản hóa việc sản xuất các vật liệu siêu kỵ nước và chống đóng băng. Kỹ thuật này, có thể được sử dụng để làm cho hầu hết mọi bề mặt đều có khả năng chống thấm nước cực cao, có nhiều ứng dụng tiềm năng, bao gồm – nhưng không giới hạn ở – cánh máy bay, thiết bị y sinh, hệ thống giảm lực cản, điện cực pin và bề mặt chất xúc tác.
Vật liệu siêu kỵ nước được định nghĩa là vật liệu đẩy các giọt nước có góc tiếp xúc (góc mà bề mặt của nước gặp bề mặt của vật liệu) lớn hơn 150°. Những vật liệu này cũng có năng lượng bề mặt thấp cũng như bề mặt gồ ghề ở quy mô micron.
Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện tại để tạo ra những vật liệu như vậy rất phức tạp và thường liên quan đến việc sử dụng các hóa chất mạnh. Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi James tham quan và C Fred Higgs III của Đại học Rice ở Hoa Kỳ hiện đã phát triển phương pháp chà nhám một bước, không dung môi, có thể tạo ra các bề mặt siêu thấm nước với góc tiếp xúc gần 164°.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng giấy nhám thương mại để đưa các chất phụ gia dạng bột được chọn, chẳng hạn như graphene, molybdenum disulphide, Teflon và boron nitride, vào bề mặt của các vật liệu bao gồm Teflon, polypropylene, polystyrene, polyvinyl clorua và polydimethylsiloxane. Giấy nhám được làm từ oxit nhôm với hạt từ 180 đến 2000.
Tribofilm hình thành
Tour giải thích: “Trong quá trình cho cát vào, việc đưa bột vào giữa các bề mặt cọ xát tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành màng ba lớp. “Màng ma sát hình thành trong một phản ứng hóa học trên các bề mặt trượt vào nhau và chức năng hóa bề mặt để đẩy nước nhiều hơn.”
Higgs cho biết thêm: “Việc chà nhám cũng gây ra những thay đổi về cấu trúc, khối lượng và sự truyền điện tử để làm giảm năng lượng bề mặt của các chất nền.
Một loạt các bề mặt có thể được tạo ra siêu kỵ nước trong vài phút, Tour nói Thế giới vật lý. Điều này làm nổi bật phạm vi ứng dụng tiềm năng rộng lớn của các bề mặt được chà nhám.
Higgs cho biết: “Các nhà sản xuất máy bay không muốn băng hình thành trên cánh của họ, các thuyền trưởng không muốn lực cản từ các vi khuẩn đại dương bám vào làm chậm tốc độ của chúng và các thiết bị y sinh cần phải tránh hiện tượng đóng cặn sinh học, nơi vi khuẩn tích tụ trên các bề mặt ẩm ướt”. “Các bề mặt siêu kỵ nước bền vững, lâu dài được tạo ra từ phương pháp trộn cát một bước này có thể làm giảm bớt nhiều vấn đề trong số này.”
Bề mặt siêu kỵ nước cứng lại
Higgs lưu ý rằng các kỹ thuật khác được sử dụng để tạo ra các bề mặt kỵ nước không thể mở rộng ra các diện tích bề mặt lớn, chẳng hạn như các bề mặt trên máy bay và tàu thủy. Ông nói: “Các kỹ thuật ứng dụng đơn giản như kỹ thuật được phát triển ở đây có thể mở rộng được.
siêu kỵ nước mạnh mẽ
Các vật liệu siêu kỵ nước cực kỳ mạnh mẽ. Thật vậy, chúng vẫn không thấm nước ngay cả sau 100 lần thử nghiệm bóc băng dính và sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 130°C trong không khí trong 24 giờ. Để chúng ngoài nắng nóng của Texas trong 18 tháng cũng không ảnh hưởng đến tài sản của chúng. Và khi các vật liệu bắt đầu hỏng, chúng có thể dễ dàng được làm mới bằng cách chà nhám lại chúng với cùng loại bột phụ gia.
Các nhà nghiên cứu của Rice hiện đang tìm cách áp dụng hoàn toàn kỹ thuật trộn cát của họ vào một loại chất nền khác – bề mặt kim loại được sử dụng để chế tạo pin sạc. Thật vậy, gần đây họ đã báo cáo các thử nghiệm trên lá lithium và natri. Tour giải thích: “Vai trò của màng ma sát ở đây là điều chỉnh dòng ion đi vào trong chất điện phân của pin để cải thiện hành vi lắng đọng/tước kim loại trong quá trình đạp xe của pin.
Các nhà nghiên cứu mô tả công việc của họ trong Vật liệu ứng dụng ACS.
