A*STAR-forskare har använt nanoimprinting-metoder för att göra mönstrade polymerfilmer med yttopografi inspirerad av ett rosenblad, producerar en rad transparenta filmer med höga vattennålningskrafter.

En yta på vilken en vattendroppe fäster, även när den vänds upp och ner, beskrivs som att ha starka vattennålningsegenskaper. Ett rosenblad och ett lotusblad är båda superhydrofoba, ändå gör olikheter i deras vattenfastningsegenskaper att en vattendroppe fastnar på ett rosenblad men rullar av ett lotusblad. De två bladtyperna skiljer sig åt i sin yttopografi i mikro- och nanoskala och det är dessa topografiska detaljer som förändrar vattennålningskraften. Rosenbladet har nästan jämnt fördelat, koniskt formade mikroskaliga utsprång med nanoskala veck på dessa utsprång, medan lotusbladet har slumpmässigt fördelade mikroskala utsprång.

De präglade ytorna som utvecklats av Jaslyn Law och kollegor vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och Singapore University of Technology and Design har likformigt fördelade mönster av nanoskaliga utsprång som är antingen koniska eller paraboliska till formen. Forskarna fann att vattennålningskrafterna på dessa kontinuerligt mönstrade ytor var mycket större än på icke-mönstrade ytor och ytor som består av isolerade nanopelarstrukturer eller nanoskala gitter. De kunde sedan uppnå höga vattennålningskrafter genom att mönstra nanoutsprången på polymerfilmer med en rad olika icke-mönstrade hydrofobiciteter, inklusive polykarbonat, poly(metylmetakrylat) och polydimetylsiloxan (se bild).

"Andra metoder som återskapar vattennålningseffekten har använt faktiska rosenblad som mögel, men om inte särskild försiktighet vidtas, det finns sannolikt defekter och inkonsekvenser i det återskapade mönstret, " säger medförfattaren Andrew Ng. "Medan nedifrån-och-upp-metoder för att skapa mönster – till exempel, laserablation, flytande flamspray eller kemisk ångavsättning – är mer konsekventa, dessa metoder är begränsade i de typer av mönster som kan användas och den skala som ett substrat kan mönstras i."

I kontrast, nanoimprinting-metoder är kapabla att tillverka mångsidiga och storskaliga ytor, och kan kombineras med roll-to-roll-tekniker, därmed potentiellt möjliggöra fler kommersiella tillämpningar.

De mönstrade polykarbonatytorna visade sig också minska "kaffe-ring"-effekten:den ojämnt avsatta filmen som lämnats efter avdunstning av en droppe med löst ämne. Denna minskning av kafferingeffekten kan hjälpa mikrofluidteknologier och, mer allmänt, de mönstrade ytorna skulle kunna användas i torra områden för dagguppsamling eller i anti-droppapplikationer som i växthus.