Et vandafvisende nanomateriale inspireret af naturen

Et team af forskere ved University of Central Florida har skabt et nyt nanomateriale, der afviser vand og kan forblive tørt, selv når det er nedsænket under vandet.

Opdagelsen kan åbne døren til udviklingen af ​​mere effektive vandafvisende overflader, brændselsceller og elektroniske sensorer til at detektere toksiner. Værket er dokumenteret i denne måneds forsidehistorie Avancerede materialer tidsskrift.

Debashis Chanda, en professor ved UCF's NanoScience Technology Center, ledet holdet, der skabte disse nye superhydrofobe film og belægning fra nanomaterialer. Han var inspireret af naturen og udviklingen af ​​visse planter og biologiske arter

"At være vandafvisende eller hydrofobicitet er naturens værktøj til at beskytte og selvrense planter og dyr mod patogener som svampe, algevækst og ophobning af snavs, " siger Chanda. "Vi tog vores signaler fra strukturen af ​​et lotusblad og syntetiserede nanostrukturerede materialer baseret på molekylære krystaller af fullerener."

Fullerener (C ₆₀ og C ₇₀ ) er bygget ved at bundte kulstofmolekyler - universets grundlæggende byggesten. Kulstof kommer i forskellige former. Under særlige omstændigheder kan 60 eller 70 sådanne kulstofmolekyler bindes sammen og danne en burlignende lukket struktur, kaldet fullerener. Disse bure kan stables på hinanden for at danne høje krystaller kaldet fulleritter.

Ved at placere en dråbe af en gel lavet af fulleritter på enhver overflade, en super vandafvisende tilstand udløses, siger Chanda. Gelens unikke burlignende struktur forstyrrer ikke det originale materiale, der behandles, hvilket betyder, at de bevarer deres unikke funktionelle egenskaber. Det betyder, at den nye superoverflade potentielt kan bruges til at spalte vand, bakteriel desinfektion, brintgenerering eller elektrokatalyse - som alle kan genereres i flydende miljøer.

"For eksempel, den nye gel gør spaltningselektrokatalyse lettere, hvilket kunne føre til mere effektive brændselsceller, " siger Chanda. "Den samme gel kan føre til bedre elektronacceptorer, som er nøglen til at udvikle meget følsomme detektorer og sensorer til giftige gasser. Der er masser af potentiale. Det er ret spændende."

Størstedelen af ​​tidligere rapporterede hydrofobe overflader er blevet opnået ved at designe mikroskopiske mønstre, der involverer kompleks litografi eller ætsningsprocesser, der ikke kan udføres på alle overflader. Og ikke alle hydrofobe overflader, der tidligere er udviklet, forbliver tørre, når de nedsænkes under vandet i mere end et par minutter ved en vis vanddybde.

"Vi fandt ud af, at fulleritfilm udviser ekstrem vandafvisning uanset vandstrømmens retning og endda under kontinuerlig vandstrøm over dem, " siger Chanda. "Selv når de er nedsænket ved 2 fod vand i flere timer, filmene forbliver tørre. Vi fandt endda ud af, at de kan fange og opbevare gasser under vandet i form af plastroner - en form for fangede bobler, der efterligner den mirakuløse alkaliflue i Californiens Mono Lake."

Rinku Saran, en post-doc i Chandas laboratorium, og hovedforfatter af undersøgelsen siger, at han er begejstret for potentialet.

"Fordi disse superhydrofobe overflader er skabt i en meget nem og nem proces ved hjælp af rene kulstoffullerener, forventer vi, at de kan udnyttes i mange eksperimenter og virkelige applikationer, " siger Saran.