211service.com
En ny beläggning lovar slutet på fläckar
Tyska forskare beväpnade med rökljus har kommit på ett billigt och enkelt sätt att belägga ytor så att oljedroppar studsar eller rullar direkt av. Framstegen kan så småningom leda till glasögonbeläggningar och surfplattor som kan undvika märket av även de fetaste fingeravtrycken.
Att göra ytor kapabla att stöta bort vätskor – vare sig de är vatten- eller oljebaserade – är också viktigt för industriella och biomedicinska tillämpningar. Men det är svårare att göra en yta som stöter bort olja eller organiska lösningsmedel i motsats till vatten eftersom olja har en mycket lägre ytspänning än vatten.
Vad som krävs är en mycket specifik typ av ytjämnhet - liknande grenarna på ett spirande träd - som uppnår oljeavstötning. Detta har man förstått ett tag, men det har varit svårt att tillverka en sådan textur. Tidigare arbete vid MIT och på andra ställen involverade komplexa nanolitografiska tekniker.
Forskare vid Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, i en papper publiceras idag i tidskriften Vetenskap , säg att de har kommit på ett enklare sätt, med en kombination av ljussot och kiseldioxid bakad vid precis rätt temperatur.
Först höll de glasskivan över ett hjärtformat ljus (även om vilket ljus som helst duger). Detta ledde till avsättning av sot på rutschbanan - sfärer av sot som var 30 till 40 nanometer i diameter, staplade löst och producerade rätt typ av ytstruktur: cirka 80 procent tomma och 20 procent sfärer.
För att skydda sotet från att sköljas bort belade de det med ett 25 nanometer tjockt kiseldioxidskal; för att bli av med den svarta färgen på sotet bakade de objektglaset vid 600 ºC, vilket gjorde det genomskinligt. Efteråt sprayade de olika oljor – jordnötsolja och lösningsmedel – och tog mikrofotografier av dessa vätskedroppar som studsade upp och ner som pingisbollar.
Beläggningen fastnar även på aluminium, stål och koppar. Och eftersom det har både olje- och vattenavvisande egenskaper sägs materialet vara superamfifobiskt.
Neelesh Patankar , en maskiningenjör vid Northwestern University, säger att arbetet är ett viktigt steg mot att hitta ett kommersiellt gångbart sätt att tillverka sådana material. Det har varit känt vilken ytkemi såväl som geometrier som skulle fungera för att stöta bort oljor, säger han. Detta arbete visar ett bra sätt att göra sådana beläggningar med rätt typ av praktiskt relevanta egenskaper.
Det finns ett förvånansvärt stort behov där ute av ytor som stöter bort saker. Det kan till exempel tillåta att bygga paneler som stöter bort vatten - eller oljiga fläckar eller rester - så effektivt att regn skulle tvätta dem, vilket gör dem självrengörande. Eller till och med biomedicinska produkter, inklusive mikrofluidteknik, som inte blir igensatta av vattenhaltiga eller feta material som fastnar på dem. Jag letar efter en glasögonbeläggning, men det kan också ha viktiga tillämpningar kring medicin, säger jag Doris Vollmer , en materialvetare i Max Planck-gruppen. För många applikationer skulle folk vilja ha oljeavstötning. Det räcker inte att något är vattenavvisande.
Medan forskarna använde ljussot är sotpartiklar av liknande storlekar tillgängliga kommersiellt, vilket leder vägen till potentiell tillverkningsbarhet i hög skala och låg kostnad, tillägger hon. Gruppen undersöker kommersiella partnerskap för att främja tekniken.
Ambarish Kulkarni, en maskiningenjör i Advanced Nanotechnology-programmet vid GE Global Research – som också söker superamfifoba materialytor – säger att uppsatsen beskriver en ny metod för att göra dem. GE-forskarna har funnit att sådana ytor ger antifouling-fördelar inuti gasturbiner, vilket potentiellt gör att de går renare och mer effektivt.
Eftersom Max Planck-metoden tillåter materialen att arbeta vid höga temperaturer, kan den öppna applikationsområden som tidigare var ouppnåeliga, tillägger han.
GE har flera projekt inom detta område, inklusive ett försök att ingjuta superhydrofob råhet på ytan av vanliga termoplaster som används för saker som produkt- och livsmedelsförpackningar.
Ett problem med Max Planck-beläggningen är att den, till skillnad från ruggade ytor som används för olika vattenavvisande ytor, kan bli repad eller sliten. Så materialtekniken kommer att behöva ytterligare förfining för att göra oljebeständiga glasögon som också verkligen är reptåliga, medger Vollmer. Hon arbetar också på sätt att göra beläggningen i kemiska lösningar, snarare än den initialt använda ångavsättningsmetoden, som kräver högtemperaturugnar.