Создана самая водоотталкивающая поверхность в истории
Комментарии
Исследователи разработали новый механизм, заставляющий капли воды соскальзывать с поверхностей.
Это открытие бросает вызов существующим представлениям о трении между твердыми поверхностями и водой и открывает новые возможности для изучения скользкости капель на молекулярном уровне. Новая технология находит применение в различных областях, включая сантехнику, оптику, а также автомобильную и морскую промышленность.
Повсюду вокруг нас вода всегда взаимодействует с твердыми поверхностями. Приготовление пищи, транспорт, оптика и сотни других технологий зависят от того, как вода прилипает к поверхностям или соскальзывает с них. Понимание молекулярной динамики этих микроскопических капель помогает ученым и инженерам найти способы улучшить многие бытовые и промышленные технологии.
Жидкоподобные поверхности — это новый тип каплеотталкивающей поверхности, которая предлагает множество технических преимуществ по сравнению с традиционными подходами — тема, недавно рассмотренная в журнале Nature Reviews Chemistry профессором Университета Аалто Робином Расом. У них есть молекулярные слои, которые очень подвижны, но ковалентно связаны с подложкой, придавая твердым поверхностям качество жидкости, которое действует как слой смазки между каплями воды и самой поверхностью. Исследовательская группа под руководством Раса использовала специально разработанный реактор для создания жидкоподобного слоя молекул, называемого самоорганизующимися монослоями (SAM), поверх поверхности кремния.
Наблюдение за ростом самособранных монослоев
«Наша работа — это первый случай, когда кто-либо перешел непосредственно на нанометровый уровень для создания молекулярно-гетерогенных поверхностей», — говорит докторант Сакари Лепикко, ведущий автор исследования.
Тщательно регулируя такие условия, как температура и содержание воды внутри реактора, команда смогла точно настроить, какую часть поверхности кремния покрывает монослой.
«Мне очень интересно, что, объединив реактор с эллипсометром, мы можем наблюдать за ростом самоорганизующихся монослоев с необычайным уровнем детализации», — говорит Рас. «Результаты показали большую скользкость, когда зона покрытия SAM была низкой или высокой, а это также ситуации, когда поверхность наиболее однородна. При низком покрытии наиболее распространенным компонентом является поверхность кремния, а при высоком — SAM».
«Это было нелогично, что даже низкое освещение приводило к исключительной скользкости», — продолжает Лепикко.
При малом покрытии вода превращается в пленку на поверхности, что, как считалось, увеличивает силу трения. Исследователи обнаружили, что вместо этого вода свободно течет между молекулами SAM при малом покрытии SAM, соскальзывая с поверхности. А когда зона действия ЗРК высока, вода остается на поверхности ЗРК и так же легко соскальзывает с него. Только между этими двумя состояниями вода прилипает к ЗРК и прилипает к поверхности.
Новый метод оказался исключительно эффективным, поскольку команда создала самую скользкую поверхность жидкости в мире.
Защита от запотевания, обледенения, самоочистка
Открытие обещает иметь значение везде, где необходимы каплеотталкивающие поверхности. По словам Лепикко, это охватывает сотни примеров от повседневной жизни до промышленных решений.
«Потенциальными могут быть такие вещи, как передача тепла в трубах, защита от обледенения и запотевания. Это также поможет в микрофлюидике, где крошечные капли необходимо плавно перемещать, и в создании самоочищающихся поверхностей. Наш противоречивый механизм — это новый способ увеличить мобильность капель там, где это необходимо», — говорит Лепикко.
Далее команда планирует продолжить эксперименты с самособирающейся установкой монослоя и улучшить сам слой. Лепикко особенно воодушевлен информацией, которую эта работа предоставила для будущих инноваций.
«Основная проблема с покрытием SAM заключается в том, что оно очень тонкое и поэтому легко рассеивается после физического контакта. Но их изучение дает нам фундаментальные научные знания, которые мы можем использовать для создания долговременных практических приложений».
Спасибо, что читаете «Капитал страны»! Получайте первыми самые важные новости в нашем Telegram-канале или Вступайте в группу в «ВКонтакте» или в «Одноклассниках»
Комментировать (без регистрации)
Написать комментарий