Нанонепромокаемость: Всеотталкивающая поверхность
Возможную практическую пользу от разработки группы американского профессора Эниша Тутеджы (Anish Tuteja) трудно переоценить. Это и легкая «дышащая», но вместе с тем непромокающая одежда, и новые химические технологии, и практически незагрязняющееся покрытие для автомобилей, и покрытие, снижающее трение кораблей и субмарин при движении в воде — трудно даже перечислить.
«Практически любая жидкость, которую вы нанесете на нее, будет отталкиваться и не смачивать поверхность, — говорит профессор Тутеджа. — Большинство аналогичных покрытий смачиваются жидкостями с низким поверхностным натяжением — маслами, спиртами, органическими основаниями и кислотами». По утверждению ученых, их материал с такими проблемами не сталкивается.
Авторы протестировали в лаборатории поведение на такой поверхности более чем сотни распространенных жидкостей и обнаружили, что лишь две из них способны смачивать ее и проникать внутрь. Это были хлор-фтороорганические химикаты, которые используются в некоторых холодильниках и кондиционерах. Зато кофе и соусы, растительное масло, хлорная и серная кислоты материалом отталкивались весьма эффективно и не повреждали ни его, ни покрытый им объект. Материал продемонстрировал также устойчивость к бензину и различным спиртам. И даже к неньютоновским жидкостям, к которым можно отнести чернила для принтера, некоторые шампуни, клеи, кетчуп и кровь. До сих пор это было не под силу никакому «отталкивающему» покрытию.
Исследователи отработали и технологию нанесения такого покрытия методом электропрядения, который вообще используется для получения наноразмерных полимерных волокон из раствора. Жидкость равномерно подается насосом на иглу, выполняющую роль одного из электродов, тогда как вторым работает собирающая пластина. На игле частицы жидкости получают заряд и устремляются к пластине, вытягиваясь в тончайшую струю. При этом движении растворитель испаряется, и образуется тонкое ровное волокно, оседающее на пластине пористым слоем.
Авторы использовали метод для покрытия небольших поверхностей и кусочков тканей смесью упругих пластиковых частиц полидиметилсилоксана и специальных наноразмерных кубических частиц, содержащих углерод, фтор, кремний и кислород.
Впрочем, для проявления удивительных свойств материала структура не менее важна, нежели химический состав. В процессе нанесения частицы закрывают поры в подложке, но вместо них сами образуют поверхностный пористый слой. Тончайшие нити формируют материал, состоящий из воздушных мешков на 95−99% по объему.
Получается, что взаимодействующая с ним жидкость на самом деле остается буквально «подвешенной в воздухе», лишь слегка опираясь на твердые волокна и частицы. Небольшая площадь прямого контакта с ними обеспечивает исключительную слабость межмолекулярных взаимодействий между жидкостью и материалом и приводит к тому, что капля почти не меняет своей сферической формы и моментально скатывается прочь.
По пресс-релизу University of Michigan