Superhydrofob belægning beskytter uden prisen

En ny klasse af superhydrofobe nanomaterialer kan forenkle processen med at beskytte overflader mod vand.

Et materiale lavet af forskere ved Rice University, University of Swansea, University of Bristol og University of Nice Sophia Antipolis er billige, ugiftig og kan påføres på en række forskellige overflader via spray- eller spin-coating.

Forskerne ledet af Rice-kemikeren Andrew Barron rapporterede deres fund i tidsskriftet American Chemical Society ACS anvendte materialer og grænseflader .

Det kulbrintebaserede materiale kan være en "grøn" erstatning for dyre, farlige fluorcarboner, der almindeligvis anvendes til superhydrofobe applikationer, sagde Barron.

"Naturen ved, hvordan man laver disse materialer og forbliver miljøvenlige, " sagde Barron. "Vores job har været at finde ud af hvordan og hvorfor, og at efterligne det."

Lotusbladet var meget i deres sind, da forskerne forsøgte at efterligne en af ​​de mest hydrofobe – vandafvisende – overflader på planeten. Barron sagde, at bladets evner udspringer af dets hierarki af mikroskopiske og nanoskala dobbeltstrukturer.

"I lotusbladet, disse skyldes papiller i epidermis og epikutikulær voks på toppen, " sagde han. "I vores materiale, der er en mikrostruktur skabt af agglomerationen af ​​aluminiumoxidnanopartikler, der efterligner papiller og de hyperforgrenede organiske dele, der simulerer effekten af ​​epikutikulære voksarter."

Fremstilling og afprøvning af det, forskerne kalder et forgrenet kulbrintemateriale med lav overfladeenergi (LSEM) blev udført af hovedforfatteren Shirin Alexander, en forskningsmedarbejder ved Energy Safety Research Institute på Swansea University Bay Campus.

der, Alexander coated let syntetiserede aluminiumoxid nanopartikler med modificerede carboxylsyrer, der har stærkt forgrenede carbonhydridkæder. Disse spidse kæder er den første forsvarslinje mod vand, gør overfladen ru. Denne ruhed, en egenskab ved hydrofobe materialer, fanger et luftlag og minimerer kontakt mellem overfladen og vanddråber, som tillader dem at glide af.

At være superhydrofob, et materiale skal have en vandkontaktvinkel større end 150 grader. Kontaktvinkel er den vinkel, hvor vandoverfladen møder materialets overflade. Jo større perler, jo højere vinkel. En vinkel på 0 grader er dybest set en vandpyt, mens en maksimal vinkel på 180 grader definerer en kugle, der bare rører overfladen.

Barron-holdets LSEM, med en observeret vinkel på omkring 155 grader, er i det væsentlige ækvivalent med de bedste fluorcarbon-baserede superhydrofobe belægninger, sagde Barron. Selv med forskellige belægningsteknikker og hærdningstemperaturer, materialet bevarede sine kvaliteter, rapporterede forskerne.

Potentielle anvendelser omfatter friktionsreducerende belægninger til marine applikationer, hvor der er international enighed om at forsøge at holde vandet sikkert mod så potentielt farlige tilsætningsstoffer som fluorcarboner, sagde Barron. "De teksturerede overflader af andre superhydrofobe belægninger er ofte beskadigede og reducerer dermed den hydrofobe natur, " sagde han. "Vores materiale har en mere tilfældig hierarkisk struktur, der kan opretholde skader og bevare dets virkninger."

Han sagde, at holdet arbejder på at forbedre materialets vedhæftning til forskellige underlag, samt se på storskala påføring på overflader.