Новости химической науки > Суперомнифобная поверхность отразит неньютоновские жидкости

Исследователи из США создали материал, который в равной степени хорошо отталкивает воду, масло, концентрированные растворы кислот и щелочей, а также – неньютоновские жидкости, которыми, например, являются растворы полимеров.

Такое отношение к широкому кругу жидкостей наряду с простым и масштабируемым способом производства нового материала делает его перспективным для применения в создании защитных и самоочищающихся поверхностей.

Аниш Тутея (Anish Tuteja) из Университета Мичигана в Энн-Арбор отмечает, что разработке «самоочищающихся» суперомнифобных поверхностей, способных отталкивать полярные и неполярные жидкости уделялось значительное внимание, в то время как материалы, способные отталкивать неньютоновские жидкости, практически не разрабатывались.

Поверхность отталкивает и обычные и неньютоновские жидкости. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja310517s)

Такие вязкие субстанции, как горчица, мед и растворы полимеров изменяют характер течения в зависимости от значения приложенной к ним силы. Они также могут абсорбировать больше энергии за счет деформации при взаимодействии с поверхностью. Тутея подчеркивает, что разработать поверхность, отталкивающую неньютоновские жидкости, очень сложно – даже водный раствор, содержащий 0,2% полимера (по массе) может прилипнуть к той поверхности, которая отталкивает капли чистой воды или водных растворов низкомолекулярных соединений. Тем не менее, исследователям удалось разработать поверхность, способную отталкивать растворы, содержание полимеров в которых составляет 10-20%.

Сергей Минько (Sergiy Minko), специалист по интеллектуальным полимерным поверхностям из Университета Кларксона отмечает, что обычно, говоря о супергидрофобных или суперомнифобных поверхностях, речь идет о смачивании, которое является количественным отображением формы, которую капля принимает на поверхности, а также ее контактных углах. В статической системе смачивание не зависит от вязкости и реологии жидкости.

Минько отмечает, что самым важным моментом, который и позволил создать поверхность нового типа, является очень низкий гистерезис смачивания – это означает, что когда капля катится по поверхности, контактные углы с передней и тыльной сторон катящейся капли одинаковы, и капля практически не деформируется. Это приводит к низкому влиянию реологии на смачивание, и новая поверхность в равной степени хорошо отталкивает ньютоновские и неньютоновские жидкости. Он также подчеркивает, что многие исследователи, в свое время работавшие над созданием омнифобных материалов могли просто не проверять свои системы на растворах полимеров, однако их системы также могут быть успешными в отталкивании неньютоновских жидкостей.

Разработанные поверхности отличаются также высокой химической устойчивостью. Исследователи покрывали новым составом одну сторону алюминиевой пластинки и погружали их в концентрированные растворы кислоты или щелочи. При этом незащищенная поверхность алюминия быстро разрушалась под действием кислоты или щелочи, в то время как алюминий, защищенный омнифобной поверхностью, был полностью устойчив к воздействию окружающей среды.

Все эти свойства нового материала определяются двумя особенностями его дизайна. Основой омнифобной поверхности является сетка из стальной тонкой проволоки. На сетку нанесен тонкий слой полимерных бусин из полидиметилсилоксана и фтордецилсилсесквиоксана. Круглая форма бусин придает новой поверхности ту форму, которая отвечает за ее омнифобность, а также является ловушкой для пузырьков воздуха, не дающих кислоте или основанию подойти вплотную к поверхности. Фторированный полимер является дополнительным фактором, понижающим смачиваемость поверхности и увеличивающим ее химическую стабильность.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja310517s

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности, #химия полимеров