Inżynierowie UCLA tworzą superomnifobową powierzchnię zdolną odpychać wszelkie ciecze

Para naukowców z UCLA (Uniwersytet Kalifornijski) stworzyła pierwszą strukturę powierzchni, która może odpychać wszystkie ciecze, bez względu na to, z jakiego materiału wykonana jest sama powierzchnia.
Ponieważ taka struktura opiera się tylko na fizycznych cechach, może mieć zastosowanie w przemyśle lub biomedycynie, np. spowalniając korozję i wydłużając żywotność części w zakładach chemicznych i energetycznych, w ogniwach słonecznych czy przedłużyć okres używania naczyń kuchennych.
Woda tworzy krople na patelni powleczonej materiałem hydrofobowym, który odpycha wodę dzięki jego składowi chemicznemu. Jeśli materiał hydrofobowy jest szorstki w skali mikroskopowej, powierzchnia może być swoistą pułapką dla pęcherzyków powietrza, co powoduje, że woda tworzy krople, które toczą się bez problemu po powierzchni. Naukowcy nazwali takie powierzchnie „superhydrofobowymi”. Przykładem takich powierzchni w przyrodzie są niektóre liście, po których woda spływa tworząc kuliste koraliki.

W skali mikroskopowej, powierzchnia liści jest „włochata”, więc punkty styku samego liścia z wodą są niewielkie – mówi Chang-Jin Kim, proesor inżynierii mechanicznej i lotniczej UCLA  i szef zespołu badawczego. – Zmniejszenie punktów styku powoduje, że woda pozostaje w kroplach utrzymywana przez jej napięcie powierzchniowe. Stworzone sztuczne powierzchnie superhydrofobowe zostały zaprojektowane tak, aby wykorzystać to zjawisko poprzez stworzenie odpowiedniej chropowatości lub wzoru powierzchni na materiale hydrofobowym.
„Nieklejąca się” patelnia jest hydrofobowa, ale to nie oznacza, że jest „olejofobowa”, co oznacza, że powierzchnia nie odpycha cieczy na bazie oleju. Olej jadalny rozprzestrzenia się na patelni, ponieważ ma napięcie powierzchniowe mniejsze niż woda, co czyni go bardziej trudnym do odpychania od powierzchni. Ponieważ sam materiał nie jest oleofobowy, chropowatość powierzchni nie sprawi, że stanie się on oleofobowy ani tym bardziej „superoleofobowy”.
Jednakże, w ostatnich latach naukowcy stworzyli pewne mikroskopijne tekstury zdolne do tworzenia odpowiednich powierzchni materiałów hydrofobowych, dzięki którym powierzchnia staje się nie tylko oleofobowa ale również superoleofobowa. Ale prawdziwe „omnifobowa” powierzchnia – taka, która może odpychać wszystkie ciecze,  nawet te o najniższych napięć powierzchniowych – pozostaje na razie niewykonalna.
Ciecze o bardzo niskim napięciu powierzchniowym to m.in fluorowane rozpuszczalniki, z których niektóre są stosowane w przemyśle, np. do chłodzenia urządzeń elektronicznych. Mimo, że termin „superomnifobowy” zaczął być używany w odniesieniu do niektórych materiałów i powierzchni nadal nie udało się stworzyć takich, które będą odpychać tego typu ciecze.
Naukowcy z UCLA po raz pierwszy zaprezentowali prawdziwą powierzchnię omnifobową. Stworzyli powierzchnię wyglądającą jak najeżona szpilkami o średnicy ok. 20 mikrometrów (a więc o wiele mniejszej od średnicy ludzkiego włosa), przypominającą istniejące powierzchnie superoleofobowe. Nigdy wcześniej nie stworzono takiej struktury bazując jedynie na jej właściwościach fizycznych, a nie chemicznych.
Kluczem rozwiązania jest odpowiednia konstrukcja włosków. Nie są one spiczaste, ale mają boki opadające w dół, przypominające boki daszka litery „T” (tzw. szeryfy) w czcionce szeryfowej, np. Times New Roman. Dzięki temu kropla nie jest przebijana, ale łagodnie amortyzowana na powierzchni, przez co ciecz tworzy menisk na takiej powierzchni zawieszony między włoskami. Po takiej powierzchni krople się toczą bez oporów
Na statku kosmicznym w stanie nieważkości można zauważyć, że ciecz w powietrzu przyjmie kształt sfery utrzymywanej za pomocą napięcia powierzchniowego a to dlatego, że jest całkowicie otoczona przez powietrze i ten sam pomysł zastosowano w przypadku powierzchni omnifobowych. Na stworzonej teksturze cieczy znajduje się „na poduszce”, w której jest 95% powietrza. Własne napięcie powierzchniowe sprawia, że może toczyć się po powierzchni bez zapadania.
Tego typu powierzchnie będą odpychały wszystkie ciecie takie jak woda, oleje i wiele rozpuszczalników, w tym fluorowany rozpuszczalnik nazwie perfluoroheksan, ciecz o najniższym napięciu powierzchniowym.
Zespołowi naukowców udało się uzyskać taki wzór na powierzchni szkła, metalu i polimeru. W każdym przypadku powstały powierzchnie super-odpychające ciecze, co pokazał szereg testów.
Naukowcy twierdzą, że tworzenie takich powierzchni może być przełomem z powodu odporności na warunki atmosferyczne przy zastosowaniach na budynkach lub pojazdach, ponieważ właściwości odpychania nie pogarszają się w miarę ekspozycji na promieniowanie nadfioletowego i ekstremalne temperatury (w przeciwieństwie do materiałów hydrofobowych działających na zasadzie chemicznej).

 

Źródło: Newsroom UCLA

 

Omnifobowa

Struktura omnifobowa, przypominająca opisywaną w artykule. Zdjęcie: http://www.azonano.com

Zobacz, jak działa środek hydrofobowy w praktyce w dziale Wideo

Authors

Related posts

Góra
English