I ett förskott som kunde smutssäkra telefonskärmar, bänkskivor, kameralinser och otaliga andra vardagliga föremål, en materialvetenskaplig forskare vid University of Michigan har visat en smidig, hållbar, klar beläggning som snabbt släpper vatten, oljor, alkoholer och, ja, jordnötssmör.

Kallas "alltändande" på materialvetenskapsspråk, den nya beläggningen stöter bort nästan alla kända vätskor. Det är den senaste i en serie banbrytande beläggningar från Anish Tutejas labb, U-M docent i materialvetenskap och teknik. Teamets tidigare ansträngningar producerade hållbara beläggningar som stötte bort is och vatten, och en ömtåligare omnifobisk beläggning. Den nya omnifobiska beläggningen är den första som är hållbar och klar. Lätt appliceras på praktiskt taget alla ytor, det är detaljerat i en tidning publicerad i ACS tillämpade material och gränssnitt .

Tuteja tänker sig den nya beläggningen som ett sätt att förhindra att ytor blir smutsiga, både i hemmet och industrin. Det kan fungera på datorskärmar, bord, golv och väggar, till exempel.

"Jag har en 2-åring hemma, så för mig, det här projektet handlade om mer än bara vetenskapen, ", sa Tuteja. "Vi är spända på vad detta kan göra för att göra hem och daghem renare, och vi tittar på en mängd möjliga tillämpningar inom industrin också."

Han säger att den nya beläggningen är det senaste resultatet av teamets systematiska tillvägagångssätt, som bryter med den traditionella materialvetenskapen "mixa-och-se"-metoden. Genom att kartlägga de grundläggande egenskaperna hos ett stort bibliotek av ämnen, de kan matematiskt förutsäga hur två som helst kommer att bete sig när de kombineras. Detta gör det möjligt för dem att koka ihop en nästan oändlig mängd kombinationer med mycket specifikt skräddarsydda egenskaper.

"Förr, forskare kan ha tagit ett mycket hållbart ämne och ett mycket avvisande ämne och blandat ihop dem, " sa Tuteja. "Men det här ger inte nödvändigtvis en hållbar, avvisande beläggning."

De upptäckte att ännu viktigare än hållbarhet eller avstötning är en egenskap som kallas "partiell blandbarhet, " eller förmågan hos två ämnen att blanda ihop på exakt rätt sätt. Kemikalier som spelar bra tillsammans gör en mycket mer hållbar produkt, även om de är mindre hållbara individuellt.

Att justera blandbarheten av just denna beläggning utgjorde en speciell utmaning. För att göra en mångsidig beläggning som är optiskt klar och slät nog att stöta bort oljor och alkoholer, teamet behövde hitta en avvisande ingrediens och ett bindemedel med exakt rätt mängd blandbarhet, samt förmågan att hålla sig till en mängd olika underlag. De behövde också en beläggning som skulle hålla sig jämn under bearbetning och torkning.

"Du kan stöta bort vatten med en grov yta som skapar små luftfickor mellan vattnet och ytan, men dessa ytor stöter inte alltid bort oljor eller alkoholer på grund av deras lägre ytspänning, " sa Tuteja. "Vi behövde en mycket slät yta som interagerar så lite som möjligt med en mängd olika vätskor, och vi behövde också ingredienser som blandas väldigt bra, eftersom för mycket fasseparation mellan ingredienser kommer att sprida ljus."

I sista hand, teamet upptäckte att en blandning av fluorerad polyuretan och en specialiserad vätskeavvisande molekyl som heter F-POSS skulle göra jobbet. Deras recept bildar en blandning som kan sprayas, borstat, doppas eller spinnbelagd på en mängd olika ytor, där det binder tätt. Även om ytan kan repas av ett vasst föremål, det är hållbart i dagligt bruk. Och dess extremt exakta nivå av fasseparation gör det optiskt tydligt.

"Repellenter och bindemedel blandas tillräckligt bra för att göra en klar beläggning, men det finns en mycket liten mängd fasseparation mellan dem, sade Mathew Boban, en materialvetenskap och ingenjörsexaminerad forskare och en författare på tidningen. "Den separationen gör att F-POSS kan flyta till ytan och skapa ett snyggt avvisande lager."

Tuteja tror att beläggningen kommer att vara billig när den ser massmarknaden - fluorerad polyuretan är en billig, vanlig ingrediens. Och även om F-POSS är sällsynt och dyrt idag, tillverkare håller på att skala upp det till massproduktion, vilket borde drastiskt sänka kostnaderna.

Forskargruppen gör också ytterligare studier för att säkerställa att beläggningen är giftfri för användning på platser som daghem. Tuteja uppskattar att beläggningen kan komma ut på marknaden inom de närmaste två åren, och han tror att barnsäkra beläggningar bara är början.

Beläggningen kan även användas i kylning, kraftgenerering och oljeraffinering – alla industrier som är beroende av kondensering av vätskor. Den nya beläggningen skulle kunna göra det möjligt för utrustning att slänga bort kondenserat vatten och kemikalier snabbare, öka effektiviteten med upp till 20 procent. Det är en game changer, eftersom dessa industrier är några av världens mest volym- och energiintensiva.

Tidningen har titeln "Smidig, Helt fast, Låg hysteres, Omnifoba ytor med förbättrad mekanisk hållbarhet."