"Grönt" projekt ledd av Swansea-forskare skulle kunna ersätta dyrare och farligare material som används för vattentätning och antifouling/imbildning.

Nya material har utvecklats av forskare vid Energy Safety Research Institute (ESRI) vid Swansea University som är giftfritt, ekonomiskt och visar löfte om att ersätta dyrare och farligare material som används för vattentätning och antifouling/imbildning.

En ny klass av nanomaterial med inställbar vätbarhet har viktiga applikationer som sträcker sig från antifouling till vattentäta ytor. Material tillverkat av forskare vid Swansea University är billigt, giftfritt och kan appliceras på en mängd olika ytor via spray- eller spin-coating.

Forskarna ledda av Dr. Shirin Alexander och professor Andrew Barron rapporterade sitt fynd i American Chemical Society open access journal ACS Omega .

De spraybelagda nanomaterialen ger både en textur till ytorna, oavsett underlag, och den kemiska funktionalitet som kan förändra ytan från superhydrofil (vattenvätning) till superhydrofob (vattenavstötande) baserat på valet av skräddarsydd funktionalitet.

Tillverkning och testning av låg ytenergi till material med hög ytenergi utfördes av Wafaa Al-Shatty, en masterstudent vid Energy Safety Research Institute vid Swansea University Bay Campus.

Där, hon syntetiserade nanopartiklar av aluminiumoxid med hjälp av linjära och grenade kolvätekarboxylsyror (med olika ytenergier) för att visa att hydrofobiciteten lätt kan ställas in baserat på den kemiska funktionalitetens natur. Forskningen visar att subtila förändringar i den organiska kedjan möjliggör kontroll av ytvätbarhet, grovhet, ytenergi och nanopartiklarnas förmåga att bete sig som ytaktiva medel.

Både hydrofobicitet och hydrofilicitet förstärks av grovhet. Nanopartiklar med metoxi (-OCH3) funktionalitet uppvisar hög ytenergi och därför superhydrofilicita egenskaper. Å andra sidan minskar grenade kolväten ytenergin. Taggiga (grenade) kedjor är den första försvarslinjen mot vatten vid sidan av ytråhet (orsakad av nanopartiklar i båda fallen). Detta minimerar kontakten mellan ytan och vattendroppar, vilket gör att de kan glida av.

För att vara superhydrofob, ett material måste ha en vattenkontaktvinkel större än 150 grader, medan superhydrofila ytor är material vars ytor uppvisar vattenkontaktvinklar lägre än 10 grader. Kontaktvinkel är den vinkel vid vilken vattenytan möter materialets yta.

Det kolvätebaserade superhydrofoba materialet kan vara en "grön" ersättning för kostsamma, farliga fluorkolväten som vanligtvis används för superhydrofoba tillämpningar. "De kan också minska gränsytspänningen hos olika oljor-vattenemulsioner genom att uppträda som ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen)", sa Alexander. Förståelsen av relationerna mellan de superhydrofoba och superhydrofila nanopartiklarna och den resulterande oljestabiliteten, emulsionsegenskaper och gränsytspänning vid gränsen mellan olja och vatten är mycket lärorikt och ger insikter som i hög grad kan gynna den framtida utvecklingen av ökad effektivitet i utvinningen av olja genom metoder för förbättrad oljeutvinning (EOR).

Teamet arbetar med att förbättra materialets hållbarhet på olika underlag, samt titta på storskalig applicering på ytor.