Naturen er en nøgle til at afvise væsker

Inspireret af naturen, en billig grøn teknik, der gør det muligt for almindelige materialer at afvise væske, er blevet udviklet af KAUST-forskere og kan føre til forskellige anvendelser fra reduktion af luftmodstand under vand til bundmaling.

Gør overflader væskeafvisende, kaldet omnifobi, bruges i en række industrielle processer fra reduktion af biobegroning og undervandsmodstand til membrandestillation, vandtætning og olie-vand adskillelse.

Fremstilling af en sådan finer er generelt afhængig af påføring af perfluorerede belægninger; imidlertid, disse nedbrydes under barske fysiske og kemiske miljøer, øgede omkostninger og både sundheds- og miljøpåvirkninger og begrænse brugen heraf.

Gengivelse af konventionelle materialer, såsom plastik og metaller, omnifob har været et fristende mål i nogen tid; denne udfordring fik Himanshu Mishra og kolleger fra KAUST Water Desalination and Reuse Center til at søge inspiration fra naturen.

Forskerne testede først mikroteksturer bestående af dobbelte tilbagevendende søjler:de var inspireret af et amerikansk-baseret forskerhold, som, i 2014, demonstreret, at disse søjler udviste hidtil uset alfobicitet i luften, selv når materialerne var iboende fugtige.

"Først disse resultater så ud til at trodse konventionel visdom, da ru overflader, der iboende fugter, gør dem endnu mere fugtige, " sagde Mishra. "Så vi besluttede at undersøge disse mikroteksturer for os selv."

Holdet bekræftede, at iboende fugtende overflader med dobbelt tilbagevendende mikrosøjler faktisk udviser omnifobicitet i luften, men de fandt også ud af, at det var katastrofalt tabt i nærvær af lokale fysiske defekter eller skader eller ved nedsænkning i fugtende væsker.

"Dette var alvorlige begrænsninger, fordi rigtige overflader bliver beskadiget under brug, " sagde Mishra. "Dette inspirerede os til at se på naturen og undersøge skindet af springhaler."

Mønstre på huden af ​​springhaler - bittesmå jordlevende insekter, der lever under fugtige forhold - udnytter overfladeteksturer, der indeholder dobbelte tilbagevendende hulrum, holde dem tørre. Ved at bruge fotolitografi og tørætsningsværktøjer på KAUST Nanofabrication Core Lab, forskerne genskabte disse dobbelt tilbagevendende mikrohulrum på silicaoverflader.

Ved at drage fordel af de dobbelte tilbagevendende funktioner viste det, at mikrohulrummene fangede luft og forhindrede gennemtrængning af væsker, selv under forhøjet tryk. Ud over, deres opdelte natur forhindrede ethvert tab af alfobicitet i nærvær af lokaliserede skader eller defekter eller ved nedsænkning i fugtende væsker.

"Efter at have demonstreret proof of concept, vi planlægger nu at oversætte fabrikationsprocessen fra laboratoriet til Workshop Core Lab i KAUST for at skabe dobbelt tilbagevendende hulrum på almindelige materialer, såsom polyethylenterephthalat og stål med lavt kulstofindhold, " sagde Mishra. "Dette kan hjælpe med at frigøre deres potentiale for applikationer til at reducere hydrodynamisk modstand og bundfældning."