Nauka

Ten materiał wyjątkowo "nie cierpi" wody. Będzie niezwykle przydatny

Jakub Szczęsny
Ten materiał wyjątkowo "nie cierpi" wody. Będzie niezwykle przydatny
Reklama

Czy da się stworzyć powierzchnię, której absolutnie nie da się zmoczyć? Dzięki badaniom naukowców z Karlsruhe Institute of Technology i Indian Institute of Technology Guwahati możemy powiedzieć wprost: tak! Opracowano superhydrofobowe materiały, które mogą zmienić nasze codzienne życie i wiele gałęzi przemysłu. I co ważne - wygląda to naprawdę obiecująco.

Wiemy, czym się materiały hydrofobowe: te w mniejszym lub większym stopniu mają "uczulenie" na wodę — ta po prostu się ich nie trzyma. Materiały superhydrofobowe to natomiast cuda techniki, które odpychają wodę z dużo większą skutecznością. Powierzchnia pokryta takim materiałem powoduje, że krople wody nie rozlewają się i nie zalegają w jednym miejscu, lecz formują "kuleczki" i toczą się po niej. Wystarczy lekko przechylić obiekt pokryty takim materiałem, aby kropelki spadły na ziemię, a powierzchnia pozostała kompletnie sucha. To zaś ogromna szansa dla: od szerokiej gamy powierzchni samoczyszczących w architekturze, aż po nowoczesne technologie motoryzacyjne. Nowy rodzaj powierzchni superhydrofobowej opracowano na bazie struktur metaloorganicznych (tzw. MOF-y).

Reklama

Główni bohaterowie: czyli MOF-y

MOF-y to niezwykle ciekawe materiały składające się z metali i organicznych łączników, tworzące przestrzenną sieć z pustymi porami. Dwa gramy MOF mogłyby w pełni pokryć (cienką warstwą) powierzchnię równą wielkości boiska piłkarskiego. I co ważne, już są one wykorzystywane w magazynowaniu gazu czy separacji CO2. Tym razem badacze poszli o krok dalej.

Naukowcy zastosowali proces szczepienia łańcuchów węglowodorowych na cienkich warstwach MOF, co umożliwiło uzyskanie powierzchni o kącie zwilżania przekraczającym 160 stopni. Dla porównania: tradycyjne powierzchnie hydrofobowe osiągają zazwyczaj znacznie niższe wartości. Kluczowym odkryciem był wniosek, że wprowadzone łańcuchy węglowodorowe przyjmują tzw. stan wysokiej entropii, przypominający szczotki polimerowe. I właśnie ów chaotyczny stan struktury molekularnej decyduje o ich superhydrofobości.

Co ciekawe, naukowcy odkryli, że zastąpienie atomów wodoru fluorem (proces zwany perfluorowaniem) — zasadniczo zwiększający hydrofobowość — w tym przypadku obniżało kąt kontaktu z wodą. Symulacje komputerowe potwierdziły, że perfluorowane cząsteczki nie mogły przyjąć energetycznie korzystnego stanu wysokiej entropii. Mamy więc do czynienia z naprawdę wyjątkowym wynalazkiem.

Powłoki superhydrofobowe są skuteczniejsze od tradycyjnych rozwiązań. Różnica zasadza się na istotnych zmianach w strukturze molekularnej.

Zastosowań będzie mnóstwo. Mamy jednak pewne problemy z tym wynalazkiem

Opracowana metoda znajduje zastosowanie nie tylko w teorii, ale (co ważne) — w praktyce. Wyobraźmy sobie szyby samochodowe, których woda się zupełnie nie trzyma. Karoserię, która jest podobnie hydrofobowa. Lub okna domowe, które zawsze są czyste i w pełni odporne na zachlapanie. Na takiej powłoce, krople zaczynają się toczyć nawet przy minimalnym nachyleniu — są to więc doskonałe powierzchnie samoczyszczące.

Zazwyczaj jest tak, że nowo opracowany wynalazek ma pewne wady. I tutaj też jest ich kilka. Produkcja cienkich warstw MOF-ów jest obecnie stosunkowo droga, a ich trwałość w ekstremalnych warunkach nie jest w stu procentach pewna: potrzebne są tu dodatkowe badania. Wiemy natomiast, że w miarę obniżania kosztów produkcji mogą one stać się standardem w wielu gałęziach przemysłu.

Sprawdź również: Naukowcy zmodyfikowali panele solarne. Efekt ich zaskoczył

Superhydrofobowe powierzchnie to jeden z najlepszych przykładów pokazujących, że nauka może nas zaskakiwać właściwie bez ustanku. Mówi się, że mamy do czynienia z rewolucją na miarę odkrycia teflonu. Czy tak będzie? Nikt raczej by się z tego powodu nie obraził. Oby udało się szybko obniżyć koszt produkcji ultracienkich MOF-ów, bo superhydrofobowe powierzchnie to naprawdę ciekawa rzecz.

Reklama

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu

Reklama