(PhysOrg.com)-Den första glimten av små luftbubblor som hindrar vatten från att väta en super non-stick yta kan leda till nya supersmarta material med applikationer inom energi, medicin, och mer.

Forskare vid det amerikanska energidepartementets Brookhaven National Laboratory har fått den första glimten av små luftbubblor som hindrar vatten från att väta en super non-stick yta. Detaljerad information om storleken och formen på dessa bubblor-och det non-stick-material som forskarna skapade genom att ”pock-marking” ett slätt material med hålrum som bara mäter miljarder av en meter - publiceras online idag i tidningen Nano bokstäver .

"Våra resultat förklarar hur dessa nanokaviteter fångar små bubblor som gör ytan extremt vattenavvisande, ”Sa Brookhaven -fysikern och huvudförfattaren Antonio Checco. Forskningen kan leda till en ny klass av non-stick material för en rad applikationer, inklusive effektiviserade kraftverk, snabbare båtar, och ytor som är resistenta mot förorening av bakterier.

Non-stick-ytor är viktiga för många teknikområden, från dragreducering till isbildningsmedel. Dessa ytor skapas vanligtvis genom att applicera beläggningar, som teflon, till släta ytor. Men nyligen - tar ledningen från observationer i naturen, särskilt lotusbladet och vissa sorter av insekter - forskare har insett att lite textur kan hjälpa. Genom att införliva topografiska funktioner på ytor, de har skapat extremt vattenavvisande material.

”Vi kallar denna effekt för” superhydrofobicitet, ’” Sa Brookhaven -fysikern Benjamin Ocko. ”Det uppstår när luftbubblor förblir instängda i de strukturerade ytorna, därigenom reduceras vätskeytan i kontakt med fastämnet drastiskt. ” Detta tvingar vattnet att bolla upp till pärlformade droppar, som är svagt anslutna till ytan och lätt kan rulla av, även med minsta lutning.

"För att få den första glimten av nanobubblor på en superhydrofob yta skapade vi en vanlig uppsättning med mer än en biljon nanokaviteter på en annars plan yta, och belagde den sedan med ett vaxliknande ytaktivt medel, ”Sa Charles Black, en fysiker vid Brookhaven's Center for Functional Nanometerials.

Detta belagda, nanoskala texturerad yta var mycket mer vattenavvisande än den platta ytan ensam, som tyder på att det finns nanobubblor. Dock, eftersom nanoskala inte är tillgänglig med vanliga mikroskop, lite är känt om dessa nanobubblor.

För att entydigt bevisa att dessa ultrasmå bubblor var närvarande, Brookhaven-teamet utförde röntgenmätningar vid National Synchrotron Light Source. ”Genom att titta på hur röntgenstrålarna diffrakterade, eller studsade av ytan, vi kan avbilda extremt små funktioner och visa att hålrummen mestadels var fyllda med luft, ”Sa Brookhaven -fysikern Elaine DiMasi.

Checco tillade, ”Vi blev förvånade över att vatten bara tränger in cirka 5 till 10 nanometer in i hålrummen - en mängd som motsvarar endast 15 till 30 lager vattenmolekyler - oberoende av håligheternas djup. Detta ger det första direkta beviset på morfologin hos sådana små bubblor. ”

Enligt forskarnas observationer, bubblorna är bara cirka 10 nanometer stora - cirka tiotusen gånger mindre än bredden på ett enda människohår. Och lagets resultat visar slutgiltigt att dessa små bubblor har nästan platta toppar. Detta står i kontrast till större, bubblor i mikrometerstorlek, som har en mer rundad topp.

"Denna platta konfiguration är tilltalande för en rad applikationer eftersom den förväntas öka hydrodynamisk glidning förbi den nanotexturerade ytan, ”Sa Checco. "Dessutom, det faktum att vatten knappast tränger in i nanoteksturerna, även om ett yttre tryck appliceras på vätskan, innebär att dessa nanobubblor är mycket stabila. ”

Därför, i motsats till material med större, mikrometerstora texturer, ytorna som tillverkats av Brookhaven -teamet kan uppvisa mer stabila superhydrofoba egenskaper.

"Dessa fynd ger en bättre förståelse av de nanoskala aspekterna av superhydropobicitet, vilket bör bidra till att förbättra utformningen av framtida superhydrofoba non-stick-ytor, ”Sa Checco.