Najbardziej wodoodporna powierzchnia w historii
Ekaterina OsmechinaPowłoki superhydrofobowe, które dzięki swym właściwościom odpychania wody zabezpieczają powierzchnie przed przenikaniem przez nie wody, są pożądane w wielu różnorodnych zastosowaniach. Najnowsze dzieło naukowców z Uniwersytetu Aalto w Finlandii być może zasłuży na miano najbardziej wodoodpornej powierzchni. Dzięki nowemu mechanizmowi zsuwania się kropelek wody będą mogły one spływać pod dużo niższym kątem niż w przypadku innych powierzchni.
Zdolność do odpychania wody jest ważna w przypadku wielu materiałów, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym, morskim czy lotniczym. Wiele powierzchni superhydrofobowych działa w ten sposób, że dzięki utworzonej warstwie powietrza lub cieczy woda, która na niej wyląduje, zbiera się w kropelki i spływa dużo łatwiej. Najnowsze technologie hydrofobowe wykorzystują powierzchnie podobne do cieczy (liquid-like surfaces – LLS), składające się z warstw wysoce mobilnych cząsteczek, które zachowują się jak ciecze, ale są jednocześnie kowalencyjnie związane z podłożem. W efekcie przypomina to nasmarowaną powierzchnię, po której woda natychmiast się zsuwa.
W ramach nowego badania naukowcy z Uniwersytetu Aalto opracowali nową powłokę LLS wykonaną z cząsteczek zwanych samoorganizującymi się monowarstwami (self-assembled monolayers – SAM) pokrywającymi podłoże krzemowe. Wykorzystali oni w tym celu specjalnie zaprojektowany reaktor do utworzenia płynnej warstwy cząsteczek na powierzchni krzemu. Starannie dostosowując warunki, takie jak temperatura i zawartość wody w reaktorze podczas produkcji, zespół mógł kontrolować, jaką część powierzchni krzemu pokrywa monowarstwa.
Gdy monowarstwy pokryły większą część powierzchni, stała się ona superhydrofobowa, powodując, że woda tworzyła kropelki i szybko po niej spływała. Jednak ku zaskoczeniu badaczy podobny efekt uzyskano przy nieznacznym pokryciu powierzchni warstwą SAM. Powierzchnia stała się bardzo śliska, choć bez tworzenia się kropelek wody, które od dawna uważano za niezbędne dla superhydrofobowości.
– To było sprzeczne z intuicją, że nawet małe pokrycie powodowało wyjątkową śliskość – stwierdziła Sakari Lepikko, główna autorka badania. – Odkryliśmy, że woda swobodnie przepływa pomiędzy cząsteczkami SAM przy niskim pokryciu monowarstwą, zsuwając się z powierzchni. A gdy pokrycie warstwą SAM było duże, wówczas woda pozostawała na niej i równie łatwo się zsuwała. Tylko w stanach pośrednich woda przylegała do SAM i przyklejała się do powierzchni.
Według twórców niektóre wersje ich powierzchni SAM są materiałami najbardziej wodoodpornymi, jakie kiedykolwiek odnotowano – powierzchnie superhydrofobowe zwykle charakteryzują się bardzo niskimi kątami przesuwania (kątem, pod którym woda będzie spływać). Standardowo przy takich powierzchniach woda spływa już nawet przy 5-procentowym nachyleniu, jednak fiński zespół twierdzi, że kąt ten w przypadku stworzonych przez nich powłok może wynosić zaledwie 0,01°. Oznacza to, że woda będzie spływać z praktycznie każdej powierzchni, która nie jest idealnie płaska.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Głównym obecnie problemem powłoki SAM jest to, że jest ona na tyle cienka, że w wyniku kontaktu fizycznego, np. z człowiekiem czy jakimkolwiek przedmiotem, może łatwo ulec rozpadowi. Dlatego też planują kontynuować prace nad udoskonaleniem swojego rozwiązania, aby ostatecznie mogło pomóc w szeregu zastosowań przemysłowych.
– Potencjalnymi zastosowaniami są takie rozwiązania jak przenoszenie ciepła w rurach, odladzanie i zapobieganie parowaniu – powiedział Lepikko. – Pomoże także w mikroprzepływach, w których małe kropelki muszą być płynnie przemieszczane, oraz w tworzeniu samoczyszczących się powierzchni. Nasz sprzeczny z intuicją mechanizm to nowy sposób na zwiększenie mobilności kropel wszędzie tam, gdzie jest to potrzebne.
Źródło: Uniwersytet Aalto
