"Omnifobisk" kan låta som ett sätt att beskriva någon som är rädd för allt, men det hänvisar faktiskt till en speciell typ av yta som stöter bort nästan vilken vätska som helst. Sådana ytor kan eventuellt användas i allt från fartygsskrov som minskar motstånd och ökar effektiviteten, till beläggningar som motstår fläckar och skyddar mot skadliga kemikalier. Men de omnifobiska ytorna som hittills utvecklats lider av ett stort problem:Kondens kan snabbt inaktivera deras vätskeformande egenskaper.

Nu, forskare vid MIT har hittat ett sätt att övervinna denna effekt, producera en ytdesign som drastiskt minskar effekterna av kondens, fast vid en liten uppoffring i prestanda. De nya resultaten beskrivs i tidskriften ACS Nano , i en uppsats av doktoranden Kyle Wilke, professor i maskinteknik och avdelningschef Evelyn Wang, och två andra.

Att skapa en yta som kan kasta nästan alla vätskor kräver en exakt typ av textur som skapar en rad mikroskopiska luftfickor åtskilda av pelare eller åsar. Dessa luftfickor håller det mesta av vätskan borta från direktkontakt med ytan, hindrar den från att "väta, "eller sprids ut för att täcka en hel yta. Istället vätskepärlorna upp till droppar.

"Många vätskor väter perfekt, vilket betyder att vätskan sprider sig helt, "säger Wilke. Dessa inkluderar många av de köldmedier som används i luftkonditioneringsapparater och kylskåp, kolväten, t.ex. de som används som bränsle och smörjmedel, och många alkoholer. "Det är mycket svårt att avvisa. Det enda sättet att göra det är genom mycket specifik ytgeometri, som inte är så lätt att göra, " han lägger till.

Olika grupper arbetar med tillverkningsmetoder, han säger, men med ytfunktioner mätt i tiotals mikron (miljondelar av en meter) eller mindre, "Det kan göra det ganska svårt att tillverka, och kan göra ytorna ganska ömtåliga. "

Om sådana ytor är skadade - t.ex. om en av de små pelarna är böjd eller trasig - kan den besegra hela processen. "En lokal defekt kan förstöra hela ytans förmåga att avvisa vätskor, "säger han. Och kondens, såsom daggbildning på grund av en temperaturskillnad mellan luften och ytan, agerar på samma sätt, förstöra allfobi.

"Vi övervägde:Hur kan vi förlora en del av avstötningen men göra ytan robust" mot både skador och dagg, Säger Wilke. "Vi ville ha en struktur som en defekt inte skulle förstöra." Efter mycket beräkning och experiment, de hittade en geometri som uppfyller det målet tack, till viss del, till mikroskopiska luftfickor som är bortkopplade snarare än anslutna på ytorna, vilket gör spridningen mellan fickorna mycket mindre sannolik.

Funktionerna måste vara mycket små, han förklarar, för när droppar bildas är de initialt i skala med nanometrar, eller miljarddels meter, och avståndet mellan dessa växande droppar kan vara mindre än en mikrometer.

Nyckelarkitekturen som teamet utvecklat är baserat på åsar vars profiler liknar en bokstav T, eller i vissa fall en bokstav T med serif (de små krokarna i ändarna av bokstavsstreck i vissa typsnitt). Både formen och avståndet mellan dessa åsar är viktiga för att uppnå ytans motståndskraft mot skador och kondens. Formerna är utformade för att använda vätskans ytspänning för att förhindra att den tränger in i de små ytfickorna i luften, och sättet som åsarna ansluter till förhindrar att någon lokal penetration av ytkaviteterna sprider sig till andra i närheten - vilket teamet har bekräftat i laboratorietester.

Åsarna är gjorda i en flerstegsprocess med standardmikrochip -tillverkningssystem, första etsningen bort mellanrummen mellan åsarna, sedan belägga kanterna på pelarna, ets sedan bort dessa beläggningar för att skapa inryckningen i åsarnas sidor, lämnar ett svampliknande överhäng överst.

På grund av den nuvarande teknikens begränsningar, Wilke säger, omnifobiska ytor används sällan idag, men förbättrad hållbarhet och motståndskraft mot kondens kan möjliggöra många nya användningsområden. Systemet behöver ytterligare förfining, fastän, bortom detta första bevis på konceptet. Potentiellt, den kan användas för att göra självrengörande ytor, och för att förbättra motståndskraften mot isbildning, för att förbättra effektiviteten av värmeöverföring i industriprocesser inklusive kraftproduktion, och för att minska motståndet på ytor som fartygsskrov.

Sådana ytor kan också ge skydd mot korrosion, genom att minska kontakten mellan materialytan och eventuella frätande vätskor som den kan utsättas för, säger forskarna. Och eftersom den nya metoden erbjuder ett sätt att exakt utforma ytarkitekturen, Wilke säger att den kan användas för att "skräddarsy hur en yta interagerar med vätskor, till exempel för att skräddarsy värmeöverföringen för termisk hantering i högpresterande enheter. "

Chang-Jin Kim, en professor i mekanisk och rymdteknik vid University of California i Los Angeles som inte var inblandad i detta arbete, säger "En av de mest betydande begränsningarna för omnifobiska ytor är att, medan en sådan yta har en överlägsen vätskeavstötning, hela ytan fuktas när vätskan kommer in i hålrummen i den texturerade ytan på vissa platser. Detta nya tillvägagångssätt tar upp just denna begränsning. "

Kim tillägger att "jag gillar att deras nyckelidé var baserad på grundläggande vetenskap, medan deras mål var att lösa ett viktigt verkligt problem. Problemet de tog upp är ett viktigt men mycket svårt. "Och, han säger, "Detta tillvägagångssätt kan eventuellt göra några av de omnifobiska ytorna användbara och praktiska för några viktiga tillämpningar."

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.