Новости химической науки > Омнифобная поверхность с дистанционным управлением

Химики из США разработали материал, который в обычном состоянии не смачивается ни водой, ни липофильными жидкостями, однако это свойство может быть 'отключено' с помощью магнита; в результате такого 'отключения' жидкость может смочить поверхность.

Дальнейшее совершенствование такого омнифобного материала в перспективе может привести к созданию экранов электронных устройств, устойчивых к загрязнению, а также к созданию более эффективных систем для перемещения жидкостей.

Идея создания омнифобных поверхностей взята исследователями у природы - е можно рассматривать как развитие существующего в природе явления водооталкивания или сверхгидрофобности - такая гидрофобность характерна, например, для листьев лотоса.

Строение новой омнифобной системы таково - слой воздуха находится под слоем жидкости, образуя микроскопическую структуру поверхности, которая заставляет воду и другие жидкости собираться каплями на поверхности и стекать с таких материалов, не увлажняя их. Руководитель исследования, Сергий Минько (Sergiy Minko) отмечает, что поверхности с таким строением не существуют в природе.

Омнифобные свойства материала могут быть отключены действием магнитного поля. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja305348n)

Минько поясняет, что разница между сверхгидрофобной и сверхомнифобной поверхностью заключается в их геометрии. По его словам, система наностолбов или волосков может проявлять сверхгидрофобные свойства, однако если такие на такие столбики 'надеть' подобие шапочки - придать им геометрию подобную 'микрогвоздям', разработанным в группе Минько, на определенном удалении от поверхности возникают дополнительные капиллярные силы. Возникновение этих сил приводит к тому, что система получает способность отталкивать и жидкости с относительно небольшим поверхностным натяжением - например, водный раствор мыла или углеводороды.

В отличие от других исследовательских групп, занимавшихся разработкой сверхомнифобных поверхностей, исследователи из группы Минько планировали изучить, каким образом угол перекрывания влияет на смачиваемость поверхности. Для этого они создали микрогвозди из никеля, чтобы с помощью магнитного поля их можно было бы сгибать и с изменением угла изменять свойства поверхности от омнифобной до смачиваемой. Исследователи отмечают, что на основании теоретических рассуждений, такого результата можно было ожидать, однако до настоящего времени он не был подтвержден экспериментально.

Для получения 'микрогвоздей' исследователи нанесли пленку из пористого поликарбоната на золотой электрод и, с помощью электрохимических методов, вырастили нанопровода никеля, проникающие через эти поры. Когда никель достигал верхней части поликарбоната он начинал расти, образуя сферические 'колпачки'. Исследователи останавливали процесс роста до того, как эти никелевые 'колпачки' слипались между собой, а затем, растворяя слой поликарбоната, получали систему, состоящую из микрогвоздей - таким образом, и получение поверхности, и управление ее смачиваемостью представляют собой очень простые процессы, гораздо более эффективные, чем применяющаяся для сходных целей фотолитография.

По словам Минько, возможность переключения смачиваемости поверхности весьма важна для практического применения - даже сверхгидрофобная поверхность может загрязниться (загрязнение может попасть внутрь микроструктуры), при этом такую загрязненную поверхность нельзя просто взять и промыть - она будет отталкивать любую жидкость. Переключение от сверхомнифобности к смачиваемости позволить отмыть поверхность от загрязнений, просушить и снова вернуть ее в сверхомнифобное состояние.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja305348n

метки статьи: #бытовая химия, #нанотехнологии, #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности