Team udvikler innovative, ideelle væskeafvisende overflader

På væskeafvisende overflader, væskedråber hopper væk i stedet for at sidde fast. Disse overflader er vigtige på mange områder, såsom vandafvisende tøj og antifouling køkkenudstyr. Anvendes som modstandsreducerende belægninger til vandfartøjer, disse overflader kan endda hjælpe med at fremskynde fragtskibe og militært udstyr for at spare energi. Drømmen om forskning og udvikling af væskeafvisende midler er en struktur, der har robust væskeafvisning, stærk mekanisk stabilitet, og er billig at producere i kommerciel skala. Imidlertid, de funktionelle resultater af eksisterende væskeafvisende overflader har ikke været tilfredsstillende, på grund af utilstrækkeligheder af konventionelle strukturelle design- og fremstillingsmetoder i ingeniørmikrostrukturer og egenskaber af sådanne overflader.

Udfordringen blev for nylig overvundet af banebrydende forskning ledet af professor Wang Liqiu ved Institut for Maskinteknik, Ingeniør Fakultet, University of Hong Kong (HKU) gennem udvikling af en robust væskeafvisende struktur og fremstilling af porøse overflader ved hjælp af en innovativ mikrofluidisk-dråbebaseret teknik. Materialer som tekstiler, metaller, og glas dækket af et lag af denne robuste porøse overflade kan derefter blive væskeafvisende. Artiklen blev for nylig offentliggjort i et akademisk tidsskrift Naturkommunikation (Zhu P.A., Kong T.T., Tang X. og Wang L. Q. 2017. Veldefinerede porøse membraner til robuste omnifobiske overflader via mikrofluidisk emulsionsskabelon, Naturkommunikation 8, 15823). Med den nye teknologi udviklet af teamet, tøj ville aldrig blive vådt på regnfulde dage i fremtiden.

Holdet løser effektivt konflikten mellem væskeafvisende og mekanisk stabilitet ved det springhale-kutikula-inspirerede design af væskeafvisende strukturer. Springhaler er jordlevende leddyr, hvis levesteder ofte oplever regn og oversvømmelser. Som en konsekvens, Springtails udvikler deres neglebånd med stærk mekanisk holdbarhed og robust væskeafvisning for at modstå friktion fra jordpartikler og for at overleve i vandige miljøer, henholdsvis. Inspireret af springhale neglebånd, forskerholdet designede porøse overflader bestående af indbyrdes forbundne bikagelignende mikrokaviteter med en genindtrædende profil:sammenkobling sikrer mekanisk stabilitet og genindtrædende struktur giver en robust væskeafvisende evne.

Robust væskeafvisende struktur viser en 21-fold forbedring af mekanisk stabilitet

De robuste væskeafvisende overflader afviser mindst 10 typer væske, inklusive vand, overfladeaktive opløsninger, olier, og organiske opløsningsmidler og viser en forbløffende over 21 gange forbedring i mekanisk stabilitet sammenlignet med diskrete strukturer. De porøse overflader er også i stand til at genvinde deres ikke-befugtende tilstand, selvom mikrohulrum er delvist befugtet af vand. De fleksible overflader kan også let belægges på forskellige genstande for væskeafvisning.

Porøst overflademateriale koster kun omkring HKD1 pr. kvadratmeter

Forskerholdet udviklede også en innovativ mikrofluidisk-dråbebaseret teknik til fremstilling af porøse overflader, som minder meget om formkager lavet af bageforme. Her er formene ensartede dråber i mikronstørrelse, der er produceret ved hjælp af mikrofluidikteknologi med præcis kontrol over deres størrelse, struktur, og sammensætning. Støbt af mikrofluidiske dråber, ensartede mikrostrukturer i kommerciel skala fremstilles til lave omkostninger. Materialeomkostningerne ligger i et interval på 0,7 til 1,3 HKD pr. kun en tusindedel af det ved køb af kommercialiserede produkter såsom PTFE vandafvisende film. Denne teknik har høj nøjagtighed og effektivitet i konstruktion af overfladestrukturer, sikret af præcisionen og kontrollerbarheden af ​​generering af mikrofluiddråber, der er lav i omkostninger og også let opskaleret.

Gennembruddet vil ændre den måde, væskeafvisende overflader er fremstillet på for robust væskeafvisende, stærk mekanisk stabilitet, og økonomisk produktion i kommerciel skala. Det har også banet vejen for yderligere fremskridt med at skabe overfladestrukturer ved design, og ved at skræddersy deres morfologi, afvisningsevne og mekanisk stabilitet, der passer til en ønsket anvendelse inden for forskellige områder, herunder energi, bygninger, biler, kemiteknik, elektronik, miljøer, biomedicinsk industri, avanceret produktion, vandfartøj og militærudstyr.