Chemia Technologie

Zero plam, bez zwilżania

(C) www.flickr.com by ajroder

Materiał, którego nie imają się plamy z zup, wina czy tłuszczu. Marzenie każdego posiadacza białego obrusa. Ale nie tylko. Naukowcy z Uniwersytetu stanu Michigan podają wiele innych zastosowań dla materiałów, które nie dają się zwilżyć rozmaitym substancjom i, co ważniejsze, potrafią taki materiał stworzyć.

Dwa lata temu Agata pisała o superhydrofobowych powierzchniach, które zapobiegają formowaniu się na nich lodu. Zespół pod kierownictwem dr. Anisha Tuteji poszedł podobnym tropem. Ich materiał dopiero w nanoskali ujawnia swoją złożoną strukturę. Jest on mieszanką dwóch materiałów polidimetylosilikanu, który sam w sobie przejawia własności hydrofobowe, oraz opracowanych przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych nanokostek zawierających atomy węgla, fluoru, krzemu i tlenu. Rzecz jasna skład chemiczny, w przypadku nanomateriałów, to dopiero początek. Nie mniej ważna jest bowiem sama struktura, a w tym konkretnym wypadku tekstura, czyli to jak uformowana jest powierzchnia.

Zdjęcie (C) Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing

Nanoszenie powłoki chroniącej przed zawilgoceniem. Zdjęcie (C) Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing

Opisywany materiał nanosi się na powierzchnię, którą chcemy chronić. Zakrywa on dokładnie wszelkie pory, jednak nie „zalepiając je”, ale tworząc w nich bardzo drobną sieć. Powstaje w ten sposób warstwa, której głównym składnikiem (objętościowo od 95 do 99%) w rzeczywistości jest… powietrze. Efekt jest taki, że ciecze mają bardzo małą powierzchnię kontaktu z chronioną powierzchnią. To z kolei oznacza, że oddziaływania Van der Vaalsa istniejące między cząsteczkami cieczy i powłoki są bardzo małe w porównaniu z napięciem powierzchniowym, które utrzymuje krople cieczy w całości, te zaś odbijają się od materiału niczym piłki.

Zespół dr Juneji przetestował opisywaną powłokę z ponad setką różnych cieczy, wśród których były produkty spożywcze, węglowodory, stężone kwasy i alkohole. Tylko dwie substancje były w stanie zwilżyć powierzchnię materiału, oba należały do chlorofluorowęglowodorów które stosowane są przede wszystkim w chłodnictwie.

Największą jednak ciekawostką jest fakt, że nowa powłoka nie poddaje się także cieczom nienewtonowskim, czyli takim, których lepkość jest zmienna i zależy od warunków zewnętrznych (przykładem takich cieczy są krew, farby, krochmal, tusze do drukarek czy gliny). Nigdy wcześniej nie udało się zademonstrować zjawiska „odbijania” się cieczy nienewtonowskiej od powierzchni ciała stałego tak, jak zrobili to naukowcy z Michigan. Nie bez kozery zatem w swoim artykule w Journal of American Chemical Society, nazywają swój materiał superomnihydrofobowym.

Jakie zatem zastosowania (poza nieskazitelnie białymi obrusami) można zaproponować dla tak chronionych materiałów. W pierwszej kolejności wskazuje się na wszelkiego rodzaju odzież ochronną dla służb ratownictwa chemicznego i medycznego oraz rzecz jasna dla armii. Inne zastosowania to na przykład niebrudzące się ekrany dotykowe. Bardzo interesującym obszarem może być zastosowanie tej powłoki do zmniejszenia oporów cieczy przepływających w rurociągach, zaś pokrycie nią kadłubów statków może się przełożyć na znaczące oszczędności w paliwie (i jako efekt uboczny wydłużyć ich drogę hamowania). Nie trudno też sobie wyobrazić zamieszenie jakie taki materiał może wywołać w żeglarstwie sportowym.

Więcej informacji:
ResearchBlogging.orgPan, S., Kota, A.K., Mabry, J.M., & Tuteja, A. (2013). Superomniphobic surfaces for effective chemical shielding. Journal of the American Chemical Society, 135 (2), 578-81 PMID: 23265660
Print Friendly

O autorze

Michał Jarosz

Inżynier automatyki i robotyki. Utrzymuje się z projektowania systemów bazodanowych. Dorywczo koordynator badań klinicznych. Członek Association for Computing Machinery. Założyciel i opiekun zespołu obliczeń rozproszonych BOINC@Poland. Na koncie jeden maraton i aspiracje do kolejnych.

  • Właściwości samego materiału nie zmieniają się, natomiast jeśli pytasz, czy powłoka zapobiega ‚elektryzowaniu się’, to nie wiem.

    • mparzuchowski

      A na jak długo utrzymuje się efekt wodoszczelności?

      • Nie mam danych na ten temat, ale można się spodziewać, że będzie to głównie zależało od pokrytego materiału (na sztywnym materiale zapewne trwałość będzie większa niż np. na tkaninie) i od warunków w jakich będzie wykorzystywany. Jak w przypadku wszelkich powłok, przede wszystkim chodzi o tarcie (korozji w wyniku działania żrących cieczy raczej nie należy się tutaj spodziewać).

        Skoro powłoka jest sugreowana na ekrany dotykowe telefonów, można domniemywać, że trwałość jest jednak dość duża.

  • Trol

    Idealne na ręcznik.

    • kita

      Ciekawe jakbyś się nim wytarł ;]

  • Ty

    Obrusy z ceraty są znane od dawna, żadne to „marzenie posiadacza obrusa”.