Glas der renser sig selv

Briller behøver aldrig mere at blive renset, og snavsede forruder hører fortiden til! Forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz og det tekniske universitet Darmstadt er nu meget tættere på at nå dette mål. De har brugt stearinlyssod til at fremstille en gennemsigtig superamfifob belægning lavet af glas. Både olie og vand ruller af denne belægning, efterlader absolut intet. Noget der endda holdt stik, da forskerne beskadigede laget med sandblæsning. Materialet skylder denne egenskab til dets nanostruktur. Overflader, der er forseglet på denne måde, kan finde anvendelse overalt, hvor forurening eller endda en hinde af vand er enten skadelig eller blot til gene.

Doris Vollmer hader det, at hendes briller altid bliver så hurtigt snavsede. Imidlertid, videnskabsmanden, som leder en forskningsgruppe ved Max Planck Institute for Polymer Research, leder efter en løsning på problemet - og hun og hendes team er nu en hel del tættere på at finde en. En gennemsigtig belægning, der er meget god til at afvise vand og olie, som det nu bliver præsenteret af de Mainz-baserede forskere, kunne ikke kun holde vand og snavs væk fra linserne i briller og bilruder, men også, for eksempel, fra skyskraberes glasfacader. Det kan også forhindre rester af blod eller forurenede væsker på medicinsk udstyr.

Belægningen består i det væsentlige af et ekstremt simpelt materiale:silica, hovedbestanddelen af ​​alt glas. Forskerne har belagt dette med en fluoreret siliciumforbindelse, som allerede gør overfladevand- og olieafvisende, som en non-stick stegepande. Den virkelig smarte del er belægningens struktur, imidlertid. Det er det, der gør glasset super vandafvisende og super olieafvisende. I en stegepande med denne type belægning, vand og olie ville simpelthen rulle rundt i form af dråber. Lagets struktur ligner en svampelignende labyrint af helt uordnede porer, som består af små kugler.

Sod fra stearinlysets flamme som model for den porøse glasstruktur

"De afrundede overflader kan ikke blive våde selv af olier med lav viskositet, selvom dette ville være energetisk mest gunstigt, ” siger Doris Vollmer. Dette skyldes, at de væsker, der fugter selv fluorerede overflader, skal presses over disse kugler, som måler omkring 60 nanometer (en nanometer svarer til en milliontedel af en millimeter), for at danne en film på overfladen. Dette kræver for meget energi.

En sådan belægning ville være ideel til adskillige anvendelser, ikke mindst fordi det er så nemt at producere. "Vi kan endda producere det i syltetøjsglas, ” siger Doris Vollmer. Og soden fra en stearinlysflamme, hvorfra forskerne lavede noget, der ligner et glasaftryk, fungerede som model for kuglernes porøse struktur. Forskerne startede med at holde et objektglas i en flamme, så sodpartiklerne, som måler omkring 40 nanometer i diameter, dannede en svampelignende struktur på glasset. Næste trin var at belægge det med silica i en glasbeholder – selv et syltetøjsglas ville gøre det – ved at dampaflejre en flygtig organisk siliciumforbindelse og ammoniak på sodaflejringen. Da de efterfølgende opvarmede materialet, soden nedbrydes. Det næste trin var at dampaflejre en fluoreret siliciumforbindelse på den hule silicastruktur.

De forsøgte derefter at fugte denne belægning med forskellige væsker. Imidlertid, det lykkedes ikke, selv når de lader hexadecan dryppe fra stor højde på det; i en non-stick stegepande, hexadecan breder sig ud som vand i en håndvask. "I første omgang en dråbe af olien trængte ind i den svampelignende struktur, men hoppede så tilbage som en gummikugle, ” forklarer Doris Vollmer. Selvom en del af væsken forblev i porerne og fugtede materialet, når det meste af dråben vendte tilbage til overfladen med en langsommere hastighed efter at have hoppet op, den trak den lille mængde hexan, der var blevet tilbage, ud af glasporerne igen. Endelig, den genforenede dråbe blev liggende på overfladen som en bold (se video). Forskerne i Mainz testede det superamfifobe lag med i alt syv væsker og fandt ud af, at ingen blev suget op af glassvampen.

Systematisk forskning i selvrensende belægning

"Da materialet afviser vand og olie så godt, det ville være velegnet som en selvrensende belægning til en lang række anvendelser, siger Hans-Jürgen Butt, Afdelingsdirektør ved det Mainz-baserede Max Planck Institut, hvor Doris Vollmer arbejder med sin gruppe. Og selvom en del af laget blev fjernet, glasstrukturen forblev superamfifobisk. Dette skyldes, at dens indre struktur er den samme som dens struktur på overfladen. Det mister først sine selvrensende egenskaber, når laget bliver tyndere end en mikrometer. Og det er præcis, hvad der ville ske ret hurtigt i praksis, også selvom der blev brugt en selvrensende svampestruktur på flere mikrometer tyk til at belægge linserne på briller eller en rude. Når forskerne lader sand sive ned på den sarte glasstruktur, belægningen blev slidt væk ret hurtigt. "I et næste skridt, vi vil derfor gerne udvikle et lag, der er superamfifobisk, med bedre mekanisk stabilitet, ” siger Doris Vollmer.

Ved hjælp af sådanne belægninger ønsker forskerne at finde ud af mere om de faktorer, der bestemmer, hvor godt et materiale afviser vand og olie. "Vi kender stadig ikke dette forhold i detaljer, ” siger Hans-Jürgen Butt. "Søgen efter superamfifobe materialer er derfor mere eller mindre et tilfælde af trial and error." Så snart forskerne har opnået en systematisk forståelse af, hvorfor en væske fugter en overflade eller ej, industrivirksomheder vil være i stand til specifikt at udvikle selvrensende belægninger til applikationer inden for arkitektur, optik og medicin.