Overfladevidenskabelige begreber er til revision

Lærebogens anvisninger til karakterisering af faste overflades befugtende egenskaber vil sandsynligvis ændre sig, da KAUST -forskere viser, at konventionelle tests kan være vildledende.

Nuværende go-to-metoder til at bestemme overfladebefugtningsegenskaber er afhængige af måling af kontaktvinkler, hvorved billeder af fremadskridende og tilbagetrukne dråber dispenseret af kapillærer på overflader analyseres for at estimere vinkler ved faststof-væske-damp-grænseflader.

En kontaktvinkel på over 90 grader for vand- eller oliebaserede dråber indikerer, at overflader er hydrofobe (vandafvisende) eller oleofobe (resistente over for olie). Derfor, overflader, der opfylder dette kriterium for både vand og olier, defineres som omnifobiske. Høje kontaktvinkler sikrer også, at når det er nedsænket i væsker, overflader fanger luft, som er afgørende for ansøgninger, såsom afsaltning, reduktion af luftmodstand i transportrør og antifouling materialer til skibe.

Kontaktvinkler har vist sig at være ekstremt pålidelige til at vurdere omnifobiciteten af ​​overflader, der udnytter væskeafvisende kemiske belægninger. Kommercielt tilgængeligt udstyr og software findes til måling af kontaktvinkler i realtid. Imidlertid, i at udforske belægningsfri tilgange til at afvise væsker, Himanshu Mishras team fandt ud af, at vurderinger, der kun er baseret på kontaktvinkler, kan være vildledende.

For at demonstrere denne uoverensstemmelse, forskerne undersøgte befugtningen af ​​silicaoverflader bestående af mikroskopiske svampeformede søjler (se billede) ved både kontaktvinkelmålinger og ved nedsænkning. Når det vurderes ved kontaktvinkel, overfladerne udviste fremadskridende og vigende vinkler på mere end 150 grader, som ifølge indekset, der bruges til at evaluere overflader, klassificerer dem som havende bemærkelsesværdig væskeafvisning eller superomnifobicitet. Imidlertid, ved vurdering ved nedsænkning, de samme væsker indsugede øjeblikkeligt mikroteksturen, og fobiciteten gik tabt. Dermed, overflader, der blev karakteriseret som superhydrofobe gennem kontaktvinkler, førte til fejlagtige konklusioner. I virkeligheden, lokaliserede defekter, såsom knækkede eller manglende søjler, i denne mikrotekstur og grænse gjorde det muligt for væsken at trænge ind og fortrænge den indespærrede luft.

Ved at bruge det samme materiale, forskerne viste også, at hvis der blev bygget en mur omkring søjlerækkerne, den resulterende opdelte mikrotekstur afviste væskedråber i luft og fangede luft robust ved nedsænkning. "Når vi identificerer nye belægningsfrie tilgange til væskeafvisning, de gamle kriterier for vurdering af omnifobicitet skal opdateres, og mikroteksturernes specificitet skal anerkendes, " sagde Mishra.

Første forfatter Sankara Arunachalam siger, "Under kontaktvinkelmålinger, dråberne optager et begrænset antal pletter på overfladen. Derfor, effekter af overfladedefekter kan gå glip af."

Imidlertid, væsken kan få adgang til hele overfladen ved nedsænkning. Disse resultater forventes at fremme den rationelle udvikling af belægningsfri væskeafvisende overflader som grønne og robuste alternativer til nuværende kemiske behandlinger til anvendelser, såsom afsaltning og trækreduktion.