En selvhelbredende, vandafvisende belægning, der er ultra holdbar

En selvhelbredende, vandafvisende, spray-on belægning udviklet ved University of Michigan er hundredvis af gange mere holdbar end sine kolleger.

Det kan muliggøre vandtætning af køretøjer, tøj, hustage og utallige andre overflader, for hvilke nuværende vandtætningsbehandlinger er for skrøbelige. Det kan også sænke modstanden fra skibsskrog, et skridt, der ville reducere brændstofforbruget for de massive skibe, der transporterer 90 procent af verdens gods.

Udviklerne siger, at den nye sammensætning er et gennembrud på et område, hvor årtiers forskning ikke har formået at producere en holdbar belægning. Mens vandafvisende overflader er tilgængelige i øjeblikket, de er typisk ikke stærke nok til applikationer som tøj eller skibsskrog. Denne opdagelse ændrer det.

"Tusinder af superhydrofobe overflader er blevet set på i løbet af de sidste 20 eller 30 år, men ingen har kunnet finde ud af at systematisk designe en, der er holdbar, "sagde Anish Tuteja, UM lektor i materialevidenskab og teknik. "Jeg tror, ​​det er det, vi virkelig har opnået her, og det vil åbne døren for andre forskere for at skabe billigere, måske endnu bedre superhydrofobe belægninger. "

Belægningen er lavet af en blanding af et materiale kaldet "fluoreret polyurethanelastomer" og et specialiseret vandafvisende molekyle kendt som "F-POSS." Det kan let sprøjtes på stort set enhver overflade og har en let gummiagtig tekstur, der gør den mere modstandsdygtig end sine forgængere.

Hvis den er beskadiget, belægningen kan helbrede sig selv hundredvis af gange. Det kan hoppe tilbage "selv efter at være blevet slidt, ridset, brændt, plasma-rengjort, fladtrykt, sonikeret og kemisk angrebet, "skrev forskerne i et papir, der for nylig blev offentliggjort i ACS Applied Materials &Interface s.

Udover at komme sig fysisk, belægningen kan helbrede sig selv kemisk. Hvis vandafvisende F-POSS-molekyler skrabes fra overfladen, nye molekyler vil naturligvis migrere dertil for at erstatte dem. Sådan kan belægningen forny sig selv hundredvis af gange. Dens helbredende evne er kun begrænset af dens tykkelse.

Opdagelsen kommercialiseres af HygraTek, et firma stiftet af Tuteja med bistand fra UM Tech Transfer.

Ud over de belægninger, der er beskrevet i papiret, projektet producerede, hvad der svarer til en opskrift, som forskere kan bruge til at optimere fremtidige belægninger til en specifik applikations krav til omkostninger, holdbarhed og andre faktorer.

Som hovedforfatter og U-M-doktorand Kevin Golovin forklarer, teamet brugte en proces, der var radikalt forskellig fra tidligere forskning på området.

"De fleste materialevidenskabelige forskere har fokuseret på at identificere et specifikt kemisk system, der er så holdbart og vandafvisende som muligt, "sagde han." Vi behandlede problemet anderledes, ved at måle og kortlægge de grundlæggende kemiske egenskaber, der gør en vandafvisende belægning holdbar. Og nogle af resultaterne overraskede os. "

For eksempel, de fleste hydrofobe belægninger er lavet af to hovedingredienser:et aktivt molekyle, der giver vandafvisende og et bindemiddel. Generelt, forskere har antaget, at brug af mere holdbare ingredienser ville gøre en mere holdbar belægning. Men Tutejas team fandt ud af, at det ikke nødvendigvis er tilfældet.

De opdagede, at endnu vigtigere end holdbarhed er en egenskab kaldet "delvis blandbarhed, "eller to stoffers evne til delvist at blande sig. Den anden centrale variabel, teamet opdagede, er stabiliteten af ​​den vandafvisende overflade.

De fleste vandafvisende belægninger virker, fordi deres overflade har en meget specifik geometri, ofte mikroskopiske søjler. Vanddråber sidder på spidserne af disse søjler, skabe luftlommer nedenunder, der nægter vandet et fast sted at hvile og få det til at rulle let af. Men sådanne overflader har en tendens til at være skrøbelige - let slid eller endda selve vandets tryk kan skade dem.

Teamets forskning fandt ud af, at en overflade, der er lidt bøjelig, kan undslippe denne faldgrube - selvom den virker mindre holdbar, dens smidige egenskaber gør det muligt at hoppe tilbage fra skader.

Tuteja vurderer, at belægningerne vil være tilgængelige til brug inden udgangen af ​​2017 til applikationer, herunder vandafvisende stoffer og spray-on-belægninger, der kan købes direkte af forbrugerne.