Et materiale, som de fleste væsker ikke vil væde

(Phys.org) – En belægning i nanoskala, der består af mindst 95 procent luft, afviser det bredeste udvalg af væsker af ethvert materiale i sin klasse, får dem til at hoppe af den behandlede overflade, ifølge ingeniørforskere fra University of Michigan, der udviklede det.

Ud over super pletafvisende tøj, belægningen kan føre til åndbart tøj for at beskytte soldater og videnskabsmænd mod kemikalier, og avanceret vandtæt maling, der dramatisk reducerer modstanden på skibe.

Dråber af opløsninger, der normalt ville skade enten din skjorte eller din hud, trækker sig tilbage, når de rører ved den nye "superomnifobe overflade."

"Stort set enhver væske, du smider på den, hopper lige af uden at væde den. For mange af de andre lignende belægninger, væsker med meget lav overfladespænding, såsom olier, alkoholer, organiske syrer, organiske baser og opløsningsmidler klæber til dem, og de kan begynde at diffundere igennem, og det er ikke det, du ønsker, " sagde Anish Tuteja, assisterende professor i materialevidenskab og teknik, kemiteknik og makromolekylær videnskab og teknik.

Tuteja er den tilsvarende forfatter til et papir om belægningen offentliggjort i det aktuelle nummer af Journal of the American Chemical Society .

Hun og hendes kolleger testede mere end 100 væsker og fandt kun to, der var i stand til at trænge ind i belægningen. De var chlorfluorcarboner - kemikalier, der blev brugt i køleskabe og klimaanlæg. I Tutejas laboratorium, i en demonstration, overfladen afviste kaffe, sojasovs og vegetabilsk olie, samt giftige salt- og svovlsyrer, der kan brænde huden. Tuteja siger, at den også er modstandsdygtig over for benzin og forskellige alkoholer.

For at påføre belægningen, forskerne bruger en teknik kaldet elektrospinning, der bruger en elektrisk ladning til at skabe fine partikler af fast stof fra en flydende opløsning. Indtil nu, de har belagt små fliser af skærm og frimærkestørrelser af stof.

Belægningen er en blanding af gummiagtige plastpartikler af "polydimethylsiloxan, " eller PDMS, og væskemodstandsdygtige terninger i nanoskala udviklet af luftvåbnet, der indeholder kulstof, fluor, silicium og ilt. Materialets kemi er vigtig, men det er dens tekstur også. Den omfavner porestrukturen på den overflade, den påføres på, og det skaber også et finere væv i disse porer. Denne struktur betyder, at mellem 95 og 99 procent af belægningen faktisk er luftlommer, så enhver væske, der kommer i kontakt med belægningen, rører næsten ikke en fast overflade.

Fordi væsken rører blot filamenter af den faste overflade, i modsætning til et større område, den udviklede belægning kan dramatisk reducere de intermolekylære kræfter, der normalt trækker de to stoftilstande sammen. Disse Van der Waals interaktionskræfter holdes på et minimum.

"Normalt, når de to materialer kommer tæt på, de påfører hinanden en lille positiv eller negativ ladning, og så snart væsken kommer i kontakt med den faste overflade vil den begynde at sprede sig, " sagde Tuteja. "Vi har drastisk reduceret interaktionen mellem overfladen og dråben."

Næsten uden incitament til at sprede sig, dråberne forbliver intakte, kun interagerer med molekyler i sig selv, opretholde en sfærisk form, og bogstaveligt talt preller af belægningen.

En klassificering af væske, som denne belægning afviser, er den såkaldte ikke-newtonske kategori, som inkluderer shampoo, cremecreme, blod, maling, ler og printerblæk, for eksempel. Disse er væsker, der ændrer deres viskositet afhængigt af de kræfter, der påføres dem. De adskiller sig fra Newtonerne, vand og de fleste andre væsker, hvis viskositet forbliver den samme uanset den påførte kraft. Viskositet er et mål for en væskes modstand mod strømning ved påføring af kraft, og det er nogle gange tænkt som dets tykkelse.

"Ingen har nogensinde demonstreret hoppen af ​​ikke-newtonske væsker med lav overfladespænding, " sagde Tuteja.