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).
Polecamy na Geekweek: Rosyjski satelita okrąża Ziemię co dwie godziny. To broń?
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.
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.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
