En självläkande, vattenavvisande, Spray-on beläggning utvecklad vid University of Michigan är hundratals gånger mer hållbar än sina motsvarigheter.

Det kan möjliggöra vattentätning av fordon, Kläder, hustak och otaliga andra ytor för vilka nuvarande tätskiktsbehandlingar är för ömtåliga. Det kan också sänka motståndet hos fartygsskrov, ett steg som skulle minska bränsleförbrukningen för de massiva fartygen som transporterar 90 procent av världens last.

Utvecklarna säger att det nya hopkoket är ett genombrott inom ett område där årtionden av forskning har misslyckats med att producera en hållbar beläggning. Även om vattenavvisande ytbehandlingar finns tillgängliga för närvarande, de är vanligtvis inte tillräckligt starka för applikationer som kläder eller fartygsskrov. Denna upptäckt förändrar det.

"Tusentals superhydrofoba ytor har tittats på under de senaste 20 eller 30 åren, men ingen har kunnat lista ut hur man systematiskt designar en som är hållbar, " sa Anish Tuteja, U-M docent i materialvetenskap och teknik. "Jag tror att det är vad vi verkligen har åstadkommit här, och det kommer att öppna dörren för andra forskare att skapa billigare, kanske ännu bättre superhydrofoba beläggningar."

Beläggningen är gjord av en blandning av ett material som kallas "fluorerad polyuretanelastomer" och en specialiserad vattenavvisande molekyl känd som "F-POSS." Den kan enkelt sprayas på praktiskt taget vilken yta som helst och har en lätt gummiliknande struktur som gör den mer motståndskraftig än sina föregångare.

Om den är skadad, beläggningen kan läka sig själv hundratals gånger. Den kan studsa tillbaka "även efter att ha blivit slipad, repig, bränt, plasmarenad, tillplattad, sonikerad och kemiskt attackerad, " skrev forskarna i en tidning som nyligen publicerades i ACS Applied Materials &Interface s.

Förutom att återhämta sig fysiskt, beläggningen kan läka sig själv kemiskt. Om vattenavvisande F-POSS-molekyler skrapas från ytan, nya molekyler kommer naturligt att migrera dit för att ersätta dem. Det är så beläggningen kan förnya sig hundratals gånger. Dess läkande förmåga begränsas endast av dess tjocklek.

Upptäckten kommersialiseras av HygraTek, ett företag grundat av Tuteja med hjälp av U-M Tech Transfer.

Utöver beläggningarna som beskrivs i papperet, projektet tog fram vad som motsvarar ett recept som forskare kan använda för att optimera framtida beläggningar till en specifik applikations krav på kostnad, hållbarhet och andra faktorer.

Som huvudförfattare och U-M doktorand Kevin Golovin förklarar, teamet använde en process som skilde sig radikalt från tidigare forskning på området.

"De flesta materialvetenskapliga forskare har fokuserat på att identifiera ett specifikt kemiskt system som är så hållbart och vattenavvisande som möjligt, " sa han. "Vi närmade oss problemet annorlunda, genom att mäta och kartlägga de grundläggande kemiska egenskaperna som gör en vattenavvisande beläggning hållbar. Och några av resultaten överraskade oss."

Till exempel, de flesta hydrofoba beläggningar är gjorda av två huvudingredienser:en aktiv molekyl som ger vattenavstötning och ett bindemedel. Rent generellt, forskare har antagit att användning av mer hållbara ingredienser skulle göra en mer hållbar beläggning. Men Tutejas team fann att så inte nödvändigtvis är fallet.

De upptäckte att ännu viktigare än hållbarhet är en egenskap som kallas "partiell blandbarhet, " eller förmågan hos två ämnen att delvis blandas samman. Den andra nyckelvariabeln som teamet upptäckte är stabiliteten hos den vattenavvisande ytan.

De flesta vattenavvisande beläggningar fungerar eftersom deras yta har en mycket specifik geometri, ofta mikroskopiska pelare. Vattendroppar sitter på toppen av dessa pelare, skapar luftfickor under som hindrar vattnet från en fast plats att vila på och gör att det lätt rullar av. Men sådana ytor tenderar att vara ömtåliga - lätt nötning eller till och med själva vattnets tryck kan skada dem.

Teamets forskning fann att en yta som är lätt böjlig kan undkomma denna fallgrop – även om den verkar mindre hållbar, dess böjliga egenskaper gör att den kan studsa tillbaka från skada.

Tuteja uppskattar att beläggningarna kommer att vara tillgängliga för användning före slutet av 2017 för applikationer inklusive vattenavvisande tyger och spray-on beläggningar som kan köpas direkt av konsumenterna.