En nyligen genomförd upptäckt finansierad av Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) kan mycket väl leda till en process som inte bara gynnar varje uniformerad tjänsteman i försvarsdepartementet, men alla andra också:skydd mot kemiska/biologiska ämnen, till självrengörande kläder, till enkel värmehantering, till bränslerening samt förbättrad kontroll av läckor – särskilt olja och bränslen.
Under 2006, AFOSR Program Manager Dr Charles Lee finansierade professor Gareth McKinley vid Massachusetts Institute of Technology som utforskar nanokompositteknologi för försvarstillämpningar. Anish Tuteja, en MIT doktorand vid den tiden, utnyttjade de ovanliga ytegenskaperna hos en nanokomposit med fluorerade nanopartiklar, för att skapa en superoleofob yta. Efter studenten, Tuteja flyttade till University of Michigan i Ann Arbor, där han för närvarande är biträdande professor i materialvetenskap och teknik, specialiserad på kemiteknik och makromolekylär vetenskap och teknik. Han tilldelades ett Young Investigator Program-anslag från AFOSR 2011, och fortsatte att bedriva samma forskningslinje som började vid MIT. Hans team inkluderade också doktoranden Shuaijun Pan och postdoktorn Arun Kota, samt samarbete med Dr. Joseph Mabry, från Rocket Propulsion Division vid Air Force Research Laboratory, på Edwards AFB, Kalifornien.
I deras senaste tidning, "Superomnifoba ytor för effektiv kemisk avskärmning, " i det aktuella numret av Journal of the American Chemical Society , Tuteja och hans team har visat ytor som effektivt fungerar som "kemiska sköldar mot praktiskt taget alla vätskor."
För att göra detta möjligt, ytor förbereds med en beläggning i nanoskala som består av cirka 95 procent luft, vilket i sin tur, stöter bort vätskor av alla material i sin klass, får dem att bokstavligen studsa av den behandlade ytan. Ytorna "har hierarkiska skalor av återinträdande textur som avsevärt minskar kontaktytan för fast-vätskor." Allt handlar om att kontrollera hur mycket kontakt vätskan i slutändan har med den behandlade ytan. För att åstadkomma detta applicerar forskarna beläggningen i nanoskala med hjälp av en process som kallas elektrospinning - med hjälp av en elektrisk laddning för att skapa fina partiklar av fast material som härrör från en flytande lösning.
Beläggningen är en blandning av tvärbunden "polydimetylsiloxan, " eller PDMS, och vätskebeständiga kuber i nanoskala utvecklade av flygvapnet som innehåller kol, fluor, kisel och syre. Även om materialets kemi är viktig, så är dess konsistens, eftersom den kramar om porstrukturen på vilken yta den än appliceras på, och skapar en fin väv av luftfickor i dessa porer, så att all vätska som kommer i kontakt med beläggningen knappt vidrör en fast yta.
Enligt Dr Tuteja, när en obehandlad yta och en vätska kommer i närheten, "de fyller en liten positiv eller negativ laddning på varandra, och så snart vätskan kommer i kontakt med den fasta ytan, det kommer att börja spridas... vi har drastiskt minskat interaktionen mellan ytan och droppen." Genom att effektivt eliminera kontakten mellan den behandlade ytan och vätskan, det finns nästan inget incitament för vätskan att sprida sig, som sådan, dropparna förblir intakta, interagerar endast med molekyler i sig själva, och bibehålla sin sfäriska form.
Forskargruppen har testat mer än 100 vätskor och hittat bara två som kunde penetrera beläggningen:de var båda klorfluorkolväten - kemikalier som används i kylskåp och luftkonditioneringsapparater. I Tutejas labbdemonstrationer stötte ytan bort kaffe, sojasås och vegetabilisk olja, samt giftiga salt- och svavelsyror, och ytorna är också resistenta mot bensin och olika alkoholer.
Detta program är av särskilt intresse för flygvapnet och försvarsdepartementet, eftersom det kan vara användbart för självrengörande ytor (särskilt, integrerat andningsskydd för kemisk/biologisk krigföring i enhetliga kläder och sensorsystem), förbättring av termisk hanteringseffektivitet i kylsystem med fasförändringar, bränslerening och kontroll av olje- och bränsleläckage i raketer och flygplan. För att inte tala om, skydd mot det vardagliga kaffespillet.
