Ученые разработали то, что они называют самой водоотталкивающей поверхностью на свете. Благодаря жидкоподобному покрытию, которое бросает вызов обычным конструкциям, вода будет скатываться с поверхности под углами, в 500 раз меньшими, чем у других супергидрофобных материалов.
Способность отталкивать воду важна для многих материалов, особенно в автомобильной, морской и аэрокосмической промышленности. Многие супергидрофобные поверхности работают за счет улавливания слоя воздуха или жидкости, в результате чего любая вода, попадающая на нее, скатывается в капли и легче скатывается. Но новая технология создает так называемые жидкоподобные поверхности (LLS), которые имеют слои высокоподвижных молекул, которые действуют как жидкости, но привязаны к подложке, поэтому не ускользают. Конечный результат похож на смазанную поверхность, с которой вода сразу же скатывается.
В новом исследовании ученые из Университета Аалто в Финляндии разработали новую LLS из молекул, называемых самособирающимися монослоями (SAM), покрывающих кремний. субстрат. Настраивая такие условия, как температура и содержание воды в реакторе во время производства, команда могла контролировать, сколько кремния покрывают SAM.
Когда ЗРК покрыли большую часть поверхности, она стала супергидрофобной, в результате чего вода образовывала капли и скатывалась. Этого само по себе следовало ожидать, но, к удивлению исследователей, низкий охват ЗРК также сделал поверхность скользкой. И это произошло без капель воды, которые долгое время считались необходимыми для супергидрофобности.
«Это было нелогично, что даже низкое освещение приводило к исключительной скользкости», — сказал Сакари Лепикко, ведущий автор исследования. «Мы обнаружили, что вместо этого вода свободно течет между молекулами SAM при малом покрытии SAM, скатываясь с поверхности. А когда зона действия ЗРК высока, вода остается на поверхности ЗРК и так же легко соскальзывает с него. Только между этими двумя состояниями вода прилипает к ЗРК и прилипает к поверхности».
Команда утверждает, что некоторые версии их поверхностей SAM являются наиболее водоотталкивающими материалами, когда-либо существовавшими: супергидрофобные поверхности обычно имеют углы скольжения (угол, под которым вода скатывается) всего лишь 5°. Но команда Аалто сообщает, что их угол может достигать 0,01°, что означает, что вода будет стекать практически с любой поверхности, которая не является идеально ровной.
Более распространенной мерой гидрофобности является так называемый угол контакта, который определяется тем, насколько острой кривизной образуют капли воды на поверхности. Но трудно применить эту меру здесь, когда поверхности SAM позволяют воде растекаться по пленке, но при этом легко скатываются.
Каким бы интригующим ни было покрытие SAM, исследователи признают, что оно все еще довольно тонкое и легко разойдется. Но они планируют продолжить работу над его улучшением, чтобы в конечном итоге он мог помочь в ряде случаев промышленного использования.
«Потенциальными вариантами использования являются такие вещи, как теплопередача в трубах, борьба с обледенением и предотвращение запотевания. — сказал Лепикко. «Это также поможет в микрофлюидике, где крошечные капли необходимо плавно перемещать, и в создании самоочищающихся поверхностей. Наш противоречивый механизм — это новый способ повысить подвижность капель там, где это необходимо».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
