Najviac vodu odpudzujúci povrch na svete prekvapil aj jeho tvorcov

Autor:: Roman Mališka
Zverejnené:: 26. 10. 2023
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Vedci vyvinuli povrch, ktorý označujú za najviac vodu odpudivý v doterajšej histórii. Tým, že mu dali povlak podobný kvapaline, ktorý sa vymyká bežným návrhom, voda sa z neho bude valiť pod 500-krát menším uhlom ako z iných superhydrofóbnych materiálov.

Schopnosť odpudzovať vodu je dôležitá pre mnohé materiály, najmä v automobilovom, lodnom a leteckom priemysle. Mnohé superhydrofóbne povrchy fungujú tak, že zachytávajú vrstvu vzduchu alebo kvapaliny, ktorá spôsobuje, že voda, ktorá na nich dopadne, sa zhrnie do kvapiek a ľahšie sa odkotúľa preč. Nová technológia však vytvára takzvané povrchy podobné kvapaline (liquid-like surfaces - LLS), ktoré majú vrstvy vysoko pohyblivých molekúl. Tie sa správajú ako kvapaliny, ale sú pripútané k podkladu, takže neuniknú. Konečný výsledok je ako namazaný povrch, po ktorom voda len skĺzne.

V novej štúdii fínski vedci z univerzity Aalto vyvinuli nový LLS z molekúl nazývaných ako samousporiadané monovrstvy (self-assembled monolayers - SAM), ktoré pokrývajú kremíkový substrát. Vyladením podmienok, ako je teplota a obsah vody v reaktore počas výroby, mohol tím kontrolovať, akú časť kremíka SAM pokrývajú.

Keď povlakom SAM pokryli veľkú časť povrchu, stal sa superhydrofóbnym. To spôsobilo, že voda tvorila kvapky a kotúľala sa z povrchu. To sa dalo očakávať, ale na prekvapenie výskumníkov sa nízke pokrytie SAM postaralo aj o klzký povrch. A to bez toho, aby sa na ňom vytvárali vodné guľôčky, o ktorých sa dlho predpokladalo, že sú nevyhnutné pre superhydrofóbnosť.

„Bolo to proti intuícii, že aj nízke pokrytie prinieslo výnimočnú klzkosť,“ povedal Sakari Lepikko, hlavný autor štúdie. „Zistili sme, že namiesto toho voda voľne prúdi medzi molekulami SAM pri nízkom pokrytí SAM a skĺzava z povrchu. A keď je pokrytie SAM vysoké, voda zostáva na povrchu SAM a rovnako ľahko z neho skĺzne. Až medzi týmito dvoma stavmi sa voda prilepí na SAM a drží sa na povrchu“.

Tím tvrdí, že niektoré verzie ich SAM povrchov sú najviac vodu odpudzujúcimi materiálmi, aké boli kedy zaznamenané. Superhydrofóbne povrchy sa zvyčajne vyznačujú uhlom sklzu až 5°. Tím z univerzity Aalto však uvádza, že u nich môže byť uhol úžasnú 0,01°. To znamená, že voda steká v podstate z akéhokoľvek povrchu, ktorý nie je dokonale rovný.

Bežnejším meradlom hydrofóbnosti je takzvaný kontaktný uhol, ktorý je daný tým, ako ostrú krivku vytvárajú kvapky vody na povrchu. Je však ťažké použiť toto meradlo v tomto prípade, keď povrchy SAM umožňujú, aby sa voda rozprestrela do povlaku, ale stále sa ľahko odvaľuje.

Akokoľvek je povlak SAM zaujímavý, vedci priznávajú, že je stále pomerne tenký a ľahko sa rozptýli. Plánujú však pokračovať v práci na jeho zdokonaľovaní, takže by nakoniec mohol pomôcť v rôznych prípadoch priemyselného využitia.

„Potenciálnym využitím sú veci ako prenos tepla v potrubí, odmrazovanie a ochrana proti zahmlievaniu,“ povedal Lepikko. „Pomôže aj v mikrofluidike, kde je potrebné hladko premiestňovať malé kvapôčky, a pri vytváraní samočistiacich povrchov. Náš protiintuitívny mechanizmus predstavuje nový spôsob, ako zvýšiť pohyblivosť kvapiek všade tam, kde je to potrebné“.

Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Nature Chemistry.