Alt-afvisende belægning kunne børnesikre telefoner, hjem

I et forskud, der kunne snavssikre telefonskærme, bordplader, kameralinser og utallige andre hverdagsting, en materialevidenskabsforsker ved University of Michigan har demonstreret en glat, holdbar, klar belægning, der hurtigt udskiller vand, olier, alkohol og, Ja, jordnøddesmør.

Kaldes "omniphobic" i materialevidenskab sprogbrug, den nye belægning afviser stort set alle kendte væsker. Det er den seneste i rækken af ​​banebrydende belægninger fra laboratoriet hos Anish Tuteja, U-M lektor i materialevidenskab og teknik. Holdets tidligere indsats producerede holdbare belægninger, der afviste is og vand, og en mere skrøbelig omnifob belægning. Den nye omnifobiske belægning er den første, der er holdbar og klar. Påføres let på stort set enhver overflade, det er detaljeret i et papir offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader .

Tuteja forestiller sig den nye belægning som en måde at forhindre overflader i at blive snavset, både i hjemmet og industrien. Det kunne fungere på computerskærme, borde, gulve og vægge, for eksempel.

"Jeg har en 2-årig derhjemme, så for mig, dette særlige projekt handlede om mere end blot videnskaben, " sagde Tuteja. "Vi er spændte på, hvad dette kan gøre for at gøre hjem og daginstitutioner renere steder, og vi ser også på en række mulige anvendelser i industrien."

Han siger, at den nye belægning er det seneste resultat af holdets systematiske tilgang, som bryder med den traditionelle materialevidenskabelige "bland-og-se" tilgang. Ved at kortlægge de grundlæggende egenskaber af et stort bibliotek af stoffer, de er i stand til matematisk at forudsige, hvordan to som helst vil opføre sig, når de kombineres. Dette sætter dem i stand til at lave en næsten uendelig række af kombinationer med meget specifikt skræddersyede egenskaber.

"I fortiden, forskere kunne have taget et meget holdbart stof og et meget afvisende stof og blandet dem sammen, " sagde Tuteja. "Men dette giver ikke nødvendigvis en holdbar, afvisende belægning."

De opdagede, at endnu vigtigere end holdbarhed eller afvisningsevne er en egenskab kaldet "delvis blandbarhed, " eller to stoffers evne til at blande sig sammen på den helt rigtige måde. Kemikalier, der spiller godt sammen, giver et meget mere holdbart produkt, selvom de hver for sig er mindre holdbare.

Justering af blandbarheden af ​​denne særlige belægning udgjorde en særlig udfordring. For at lave en alsidig belægning, der er optisk klar og glat nok til at afvise olier og alkoholer, holdet havde brug for at finde en afvisende ingrediens og et bindemiddel med præcis den rigtige mængde blandbarhed, samt evnen til at holde sig til en bred vifte af underlag. De havde også brug for en belægning, der ville forblive glat under forarbejdning og tørring.

"Du kan afvise vand med en ru overflade, der skaber små luftlommer mellem vandet og overfladen, men disse overflader afviser ikke altid olier eller alkoholer på grund af deres lavere overfladespænding, " sagde Tuteja. "Vi havde brug for en meget glat overflade, der interagerer så lidt som muligt med en række forskellige væsker, og vi havde også brug for ingredienser, der blandes meget godt sammen, fordi for meget faseadskillelse mellem ingredienser vil sprede lys."

Ultimativt, holdet opdagede, at en blanding af fluoreret polyurethan og et specialiseret væskeafvisende molekyle kaldet F-POSS ville gøre arbejdet. Deres opskrift danner en blanding, der kan sprøjtes, børstet, dyppet eller spin-coated på en lang række forskellige overflader, hvor det binder tæt. Mens overfladen kan blive ridset af en skarp genstand, den er holdbar i daglig brug. Og dets ekstremt præcise niveau af faseadskillelse gør det optisk klart.

"Afskrækningsmidlet og bindemidlet blandes godt nok sammen til at lave en klar belægning, men der er en meget lille mængde faseadskillelse mellem dem, " sagde Mathew Boban, en kandidatforsker i materialevidenskab og ingeniørvidenskab og en forfatter på papiret. "Denne adskillelse gør det muligt for F-POSS at flyde til overfladen og skabe et godt afvisende lag."

Tuteja mener, at belægningen vil være billig, når den ser massemarkedet - fluoreret polyurethan er en billig, fælles ingrediens. Og selvom F-POSS er sjældent og dyrt i dag, producenter er i gang med at skalere det op til masseproduktion, hvilket burde sænke omkostningerne dramatisk.

Forskerholdet laver også yderligere undersøgelser for at sikre, at belægningen er ugiftig til brug på steder som daginstitutioner. Tuteja vurderer, at belægningen kan komme på markedet inden for de næste to år, og han mener, at børnesikre belægninger kun er begyndelsen.

Belægningen kan også bruges i køling, elproduktion og olieraffinering - alle industrier, der er afhængige af kondensering af væsker. Den nye belægning kunne gøre det muligt for udstyr at fjerne kondensvand og kemikalier hurtigere, øge effektiviteten med op til 20 procent. Det er en game changer, da disse industrier er nogle af verdens mest volumen- og energiintensive.

Avisen har titlen "Smooth, Helt fast, lav hysterese, Omnifobiske overflader med forbedret mekanisk holdbarhed."