Gennemsigtige polymerfilm med næsten ensartede, kontinuerlige nanofremspring viser høje vandfastningsevner

A*STAR-forskere har brugt nanoimprinting-metoder til at lave mønstrede polymerfilm med overfladetopografi inspireret af et rosenblad, producerer en række transparente film med høje vandfastspændingskræfter.

En overflade, som en vanddråbe klæber til, selv når den er vendt på hovedet, beskrives som havende stærke vandfastningsegenskaber. Et rosenblad og et lotusblad er begge superhydrofobe, alligevel får uligheder i deres egenskaber til at fastholde vand, at en vanddråbe klæber til et rosenblad, men ruller af et lotusblad. De to bladtyper adskiller sig i deres mikro- og nanoskala overfladetopografi, og det er disse topografiske detaljer, der ændrer vandfastspændingskraften. Rosenbladet er næsten ensartet fordelt, konisk-formede mikroskala fremspring med nanoskala folder på disse fremspring, mens lotusbladet har tilfældigt fordelte mikroskalafremspring.

De prægede overflader udviklet af Jaslyn Law og kolleger ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og Singapore University of Technology and Design har ensartet fordelte mønstre af nanoskala fremspring, der enten er koniske eller parabolske i form. Forskerne fandt ud af, at vandfastgørelseskræfterne på disse kontinuerligt mønstrede overflader var meget større end på ikke-mønstrede overflader og overflader bestående af isolerede nanopillede strukturer eller nanoskala gitter. De kunne derefter opnå høje vandfastgørelseskræfter ved at mønstre nanofremspringene på polymerfilm med en række forskellige ikke-mønstrede hydrofobiciteter, inklusive polycarbonat, poly(methylmethacrylat) og polydimethylsiloxan (se billede).

"Andre metoder, der genskaber vandpinningseffekten, har brugt faktiske rosenblade som skimmelsvamp, men medmindre der tages særlig hensyn, der er sandsynligvis defekter og uoverensstemmelser i det genskabte mønster, " siger medforfatter Andrew Ng. "Mens bottom-up tilgange til at lave mønstre - f.eks. laser ablation, flydende flammespray eller kemisk dampaflejring - er mere konsekvente, disse metoder er begrænsede i de typer af mønstre, der kan bruges, og den skala, hvormed et substrat kan mønstres."

I modsætning, nanoimprinting metoder er i stand til at fremstille alsidige og store overflader, og kan kombineres med roll-to-roll teknikker, og dermed potentielt muliggøre flere kommercielle applikationer.

De mønstrede polycarbonatoverflader viste sig også at reducere "kaffe-ring"-effekten:den ujævnt aflejrede film, der efterlades ved fordampning af en dråbe fyldt med opløst stof. Denne afbødning af kaffering-effekten kan hjælpe mikrofluidteknologier og, mere generelt, de mønstrede overflader kan bruges i tørre områder til dugopsamling eller i anti-dryp applikationer såsom i drivhuse.