En miljövänlig superhydrofob beläggning avvisar vatten lika effektivt som kommersiella beläggningar som använder farliga material, enligt forskare vid Rice University och University of Swansea. Upphovsman:Shirin Alexander/University of Swansea
En ny klass av superhydrofoba nanomaterial kan förenkla processen att skydda ytor från vatten.
Ett material tillverkat av forskare vid Rice University, universitetet i Swansea, University of Bristol och University of Nice Sophia Antipolis är billigt, giftfri och kan appliceras på en mängd olika ytor via spray- eller centrifugering.
Forskarna under ledning av Rice -kemisten Andrew Barron rapporterade sitt fynd i American Chemical Society -tidningen ACS -tillämpade material och gränssnitt .
Det kolvätebaserade materialet kan vara en "grön" ersättning för dyra, farliga fluorkolväten som vanligtvis används för superhydrofoba tillämpningar, Sa Barron.
"Naturen vet hur man gör dessa material och håller sig miljövänlig, "Barron sa." Vårt jobb har varit att ta reda på hur och varför, och att efterlikna det. "
Lotusbladet tänkte mycket på dem när forskarna försökte efterlikna en av de mest hydrofoba-vattenavvisande-ytorna på planeten. Barron sa att bladets förmågor kommer från dess hierarki av mikroskopiska och nanoskala dubbla strukturer.
"I lotusbladet, dessa beror på papiller i epidermis och epikutikulära vaxer ovanpå, "sa han." I vårt material, det finns en mikrostruktur skapad av agglomerering av aluminiumoxid -nanopartiklar som efterliknar papillerna och de hypergrenade organiska delarna som simulerar effekten av de epikutikulära vaxerna. "
En avsökande elektronmikroskopbild av ett nytt superhydrofobiskt material visar den grova ytan av funktionaliserade aluminiumoxid -nanopartiklar. Forskare vid Rice University och University of Swansea ledde skapandet av det miljövänliga materialet. Kredit:University of Swansea
Tillverkning och testning av vad forskarna kallar ett förgrenat kolväte med låg ytenergimaterial (LSEM) utfördes av huvudförfattaren Shirin Alexander, en forskningsansvarig vid Energy Safety Research Institute på Swansea University Bay Campus.
Där, Alexander belagde lätt syntetiserade aluminiumoxid -nanopartiklar med modifierade karboxylsyror som har högförgrenade kolvätekedjor. Dessa taggiga kedjor är den första försvarslinjen mot vatten, gör ytan grov. Denna grovhet, en egenskap hos hydrofoba material, fångar ett luftskikt och 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. Kontaktvinkel är vinkeln vid vilken vattenytan möter materialets yta. Ju större pärlor, ju högre vinkel. En vinkel på 0 grader är i grunden en pöl, medan en maximal vinkel på 180 grader definierar en sfär som bara rör vid ytan.
Barron -teamets LSEM, med en observerad vinkel på cirka 155 grader, är i huvudsak ekvivalent med de bästa fluorkolbaserade superhydrofoba beläggningarna, Sa Barron. Även med varierad beläggningsteknik och härdningstemperaturer, materialet behåller sina kvaliteter, rapporterade forskarna.
Potentiella tillämpningar inkluderar friktionsreducerande beläggningar för marina applikationer där det finns internationell överenskommelse om att försöka hålla vattnet säkert från sådana potentiellt farliga tillsatser som fluorkolväten, Sa Barron. "De strukturerade ytorna på andra superhydrofoba beläggningar skadas ofta och minskar därmed den hydrofoba naturen, "sa han." Vårt material har en mer slumpmässig hierarkisk struktur som kan upprätthålla skador och bibehålla dess effekter. "
Han sa att laget arbetar för att förbättra materialets vidhäftning till olika underlag, samt att titta på storskalig applikation på ytor.
