211service.com
Nowa powłoka obiecuje koniec smug
Niemieccy naukowcy uzbrojeni w palące się świece wymyślili tani i łatwy sposób na powlekanie powierzchni tak, aby krople oleju odbijały się lub staczały. Postęp może ostatecznie doprowadzić do powstania powłok na okularach i ekranów tabletów, które będą w stanie uniknąć śladów nawet najbardziej tłustych odcisków palców.
Sprawienie, by powierzchnie były w stanie odpychać płyny — na bazie wody lub oleju — jest również ważne w zastosowaniach przemysłowych i biomedycznych. Ale trudniej jest stworzyć powierzchnię, która odpycha olej lub rozpuszczalniki organiczne niż wodę, ponieważ olej ma znacznie niższe napięcie powierzchniowe niż woda.
Wymagany jest bardzo specyficzny rodzaj chropowatości powierzchni — podobny do gałęzi pączkującego drzewa — który zapewnia odporność na olej. Jest to rozumiane od pewnego czasu, ale trudno było wytworzyć taką teksturę. Wcześniejsze prace w MIT i innych miejscach obejmowały złożone techniki nanolitograficzne.
Naukowcy z Instytutu Maxa Plancka ds. Badań nad Polimerami w Moguncji, w latach papier opublikowany dzisiaj w czasopiśmie Nauka , powiedzmy, że wymyślili prostszy sposób, używając kombinacji sadzy świecowej i krzemionki wypiekanej w odpowiedniej temperaturze.
Najpierw trzymali szklany suwak nad świecą w kształcie serca (choć każda świeca wystarczy). Doprowadziło to do osadzania się sadzy na szkiełku — kulek sadzy o średnicy od 30 do 40 nanometrów, ułożonych luźno w stos i zapewniających właściwy rodzaj tekstury powierzchni: około 80 procent pustych i 20 procent kulek.
Aby chronić sadzę przed wymywaniem, pokryli ją powłoką krzemionkową o grubości 25 nanometrów; aby pozbyć się czarnego koloru sadzy, wypiekali szkiełko w temperaturze 600 ºC, czyniąc go przezroczystym. Następnie spryskali różne oleje — olej arachidowy i rozpuszczalniki — i zrobili mikrofotografie tych kropelek cieczy podskakujących w górę iw dół jak piłeczki pingpongowe.
Powłoka przykleja się również do aluminium, stali i miedzi. A ponieważ ma właściwości odpychające zarówno olej, jak i wodę, mówi się, że jest superamfifobiczny.
Neelesh Patankar , inżynier mechanik z Northwestern University, mówi, że prace są ważnym krokiem w kierunku znalezienia opłacalnego komercyjnie sposobu wytwarzania takich materiałów. Wiadomo, jaka chemia powierzchni i geometria zadziałają, aby odpychać oleje, mówi. Praca ta pokazuje dobry sposób na wykonanie takich powłok o odpowiednim rodzaju praktycznie istotnych właściwościach.
Istnieje zaskakująco duże zapotrzebowanie na powierzchnie, które odpychają rzeczy. Na przykład może pozwolić na budowanie paneli, które odpychają wodę – lub tłuste plamy lub pozostałości – tak skutecznie, że deszcz je zmyje, czyniąc je samoczyszczącymi. Lub nawet produkty biomedyczne, w tym technologie mikroprzepływowe, które nie zatykają się przywierającymi do nich wodnistymi lub tłustymi materiałami. Poszukuję powłoki do okularów, ale może ona mieć również ważne zastosowania w medycynie, mówi Doris Vollmer , materiałoznawca w grupie Maxa Plancka. W wielu zastosowaniach ludzie chcieliby odpychać olej. Nie wystarczy, że coś jest wodoodporne.
Dodaje, że chociaż naukowcy wykorzystywali sadzę świecową, cząstki sadzy o podobnych rozmiarach są dostępne w handlu, co prowadzi do potencjalnej produkcji na dużą skalę i przy niskich kosztach. Grupa bada partnerstwa handlowe w celu rozwoju technologii.
Ambarish Kulkarni, inżynier mechanik w programie Advanced Nanotechnology w GE Global Research — który również poszukuje powierzchni materiałów superamfifobowych — mówi, że artykuł opisuje nowatorską metodę ich wytwarzania. Naukowcy z GE odkryli, że takie powierzchnie zapewniają działanie przeciwporostowe wewnątrz turbin gazowych, potencjalnie sprawiając, że działają one czyściej i wydajniej.
Ponieważ metoda Maxa Plancka pozwala materiałom pracować w wysokich temperaturach, może otwierać obszary aplikacji wcześniej nieosiągalne – dodaje.
GE prowadzi kilka projektów w tej dziedzinie, w tym stara się zaszczepić superhydrofobową szorstkość na powierzchni popularnych tworzyw termoplastycznych używanych do takich rzeczy, jak opakowania produktów i żywności.
Jednym z problemów związanych z powłoką Max Planck jest to, że w przeciwieństwie do chropowatych powierzchni stosowanych do różnych powierzchni hydrofobowych, może się porysować lub zetrzeć. Tak więc technologia materiałów będzie wymagała dalszych udoskonaleń, aby uzyskać olejoodporne okulary, które są również naprawdę odporne na zarysowania, przyznaje Vollmer. Pracuje również nad sposobami wykonania powłoki w roztworach chemicznych, a nie początkowo stosowanej metodzie osadzania z fazy gazowej, które wymagają pieców wysokotemperaturowych.