Geïnspireerd door de natuur, een goedkope groene techniek waarmee gewone materialen vloeistof kunnen afstoten, is ontwikkeld door KAUST-wetenschappers en kan leiden tot diverse toepassingen, van vermindering van de weerstand onder water tot aangroeiwerende verf.

Oppervlakken vloeistofafstotend maken, omnifobiciteit genoemd, wordt gebruikt in een reeks industriële processen, van het verminderen van biofouling en onderwaterweerstand tot membraandestillatie, waterdichting en olie-water scheiding.

Het produceren van een dergelijk fineer is in het algemeen afhankelijk van het aanbrengen van geperfluoreerde coatings; echter, deze degraderen onder zware fysieke en chemische omgevingen, de kosten en zowel de gevolgen voor de gezondheid als het milieu verhogen en het gebruik ervan beperken.

Rendering van conventionele materialen, zoals kunststoffen en metalen, omnifoob is al geruime tijd een prikkelend doel; deze uitdaging bracht Himanshu Mishra en collega's van het KAUST Water Desalination and Reuse Centre ertoe om inspiratie op te doen uit de natuur.

De onderzoekers testten eerst microtexturen bestaande uit dubbel herintredende pijlers:ze werden geïnspireerd door een in de VS gevestigd onderzoeksteam dat, in 2014, toonden aan dat deze pilaren een ongekende alomtegenwoordigheid in de lucht vertoonden, zelfs wanneer de materialen intrinsiek bevochtigend waren.

"Aanvankelijk, deze resultaten leken de conventionele wijsheid te tarten, omdat het opruwen van intrinsiek bevochtigende oppervlakken ze nog meer bevochtigend maakt, "zei Mishra. "Dus hebben we besloten om deze microtexturen zelf te onderzoeken."

Het team bevestigde dat intrinsiek bevochtigende oppervlakken met dubbel inspringende micropilaren inderdaad omnifobiciteit vertonen in de lucht, maar ze ontdekten ook dat het catastrofaal verloren ging in de aanwezigheid van plaatselijke fysieke defecten of schade of bij onderdompeling in bevochtigende vloeistoffen.

"Dit waren serieuze beperkingen omdat echte oppervlakken tijdens gebruik beschadigd raken, "zei Mishra. "Dit inspireerde ons om naar de natuur te kijken en de huid van springstaarten te onderzoeken."

Patronen op de huid van springstaarten - kleine in de bodem levende insecten die in vochtige omstandigheden leven - maken gebruik van oppervlaktestructuren die dubbel inspringende holtes bevatten, ze droog te houden. Door gebruik te maken van fotolithografie en dry-etching tools in het KAUST Nanofabrication Core Lab, de onderzoekers creëerden deze dubbel herintredende microholtes op silica-oppervlakken.

Door gebruik te maken van de dubbel inspringende eigenschappen bleek dat de microholten lucht opsloten en het binnendringen van vloeistoffen verhinderden, zelfs onder verhoogde druk. In aanvulling, hun gecompartimentaliseerde karakter verhinderde elk verlies van omnifobiciteit in aanwezigheid van plaatselijke schade of defecten of bij onderdompeling in bevochtigende vloeistoffen.

"Na het proof of concept te hebben aangetoond, we zijn nu van plan om het fabricageproces van het laboratorium naar het Workshop Core Lab in KAUST te vertalen om dubbel herintredende holtes op gewone materialen te creëren, zoals polyethyleentereftalaat en koolstofarme staalsoorten, "zei Mishra. "Dit kan helpen om hun potentieel voor toepassingen te ontsluiten om hydrodynamische weerstand en antifouling te verminderen."