Op vloeistofafstotende oppervlakken, vloeistofdruppels stuiteren weg in plaats van vast te zitten. Deze oppervlakken zijn belangrijk op veel gebieden, zoals waterafstotende kleding en aangroeiwerende keukengerei. Gebruikt als weerstandverlagende coatings voor watervoertuigen, deze oppervlakken kunnen zelfs helpen bij het versnellen van vrachtschepen en militaire uitrusting om energie te besparen. De droom van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van vloeistofafstotende middelen is een structuur met een robuuste vloeistofafstotendheid, sterke mechanische stabiliteit, en is goedkoop te produceren op commerciële schaal. Echter, de functionele resultaten van bestaande vloeistofafstotende oppervlakken zijn niet bevredigend geweest, vanwege tekortkomingen van conventionele structurele ontwerp- en fabricagebenaderingen in technische microstructuren en eigenschappen van dergelijke oppervlakken.

De uitdaging werd onlangs overwonnen door baanbrekend onderzoek onder leiding van professor Wang Liqiu van de afdeling Werktuigbouwkunde, Faculteit Ingenieurswetenschappen, de Universiteit van Hong Kong (HKU) door de ontwikkeling van een robuuste vloeistofafstotende structuur en de fabricage van poreuze oppervlakken door een innovatieve techniek op basis van microfluïdische druppeltjes. Materialen zoals textiel, metalen, en glazen bedekt met een laag van dit robuuste poreuze oppervlak kunnen dan vloeistofafstotend worden. Het artikel is onlangs gepubliceerd in wetenschappelijk tijdschrift Natuurcommunicatie (Zhu PA, Kong T.T., Tang X. en Wang L. Q. 2017. Goed gedefinieerde poreuze membranen voor robuuste omnifobe oppervlakken via microfluïdische emulsiesjablonen, Natuurcommunicatie 8, 15823). Met de nieuwe technologie ontwikkeld door het team, kleding zou in de toekomst nooit nat worden op regenachtige dagen.

Het team lost effectief het conflict tussen vloeistofafstotendheid en mechanische stabiliteit op door het op springstaart-cuticula geïnspireerde ontwerp van vloeistofafstotende structuren. Springstaarten zijn in de bodem levende geleedpotigen waarvan de habitats vaak regen en overstromingen ervaren. Als gevolg hiervan, springstaarten ontwikkelen hun nagelriemen met een sterke mechanische duurzaamheid en robuuste vloeistofafstotendheid om wrijving van gronddeeltjes te weerstaan ​​en om te overleven in waterige omgevingen, respectievelijk. Geïnspireerd door springstaartnagelriemen, het onderzoeksteam ontwierp poreuze oppervlakken die zijn samengesteld uit onderling verbonden honingraatachtige microholtes met een inspringend profiel:interconnectiviteit zorgt voor mechanische stabiliteit en de inspringende structuur zorgt voor een robuuste vloeistofafstotendheid.

Robuuste vloeistofafstotende structuur toont een 21-voudige verbetering in mechanische stabiliteit

De robuuste vloeistofafstotende oppervlakken stoten maar liefst 10 soorten vloeistof af, inclusief water, oppervlakteactieve oplossingen, oliën, en organische oplosmiddelen en vertonen een verbazingwekkende meer dan 21-voudige verbetering in mechanische stabiliteit in vergelijking met discrete structuren. De poreuze oppervlakken zijn ook in staat om hun niet-bevochtigende toestand te herstellen, zelfs als microholten gedeeltelijk door water worden bevochtigd. De flexibele oppervlakken kunnen ook gemakkelijk op verschillende objecten worden aangebracht voor vloeistofafstotendheid.

Poreus oppervlaktemateriaal kost slechts ongeveer HKD1 per vierkante meter

Het onderzoeksteam ontwikkelde ook een innovatieve techniek op basis van microfluïdische druppeltjes voor de fabricage van poreuze oppervlakken die sterk lijkt op gevormde koekjes gemaakt door bakvormen. Hier zijn de mallen uniforme druppeltjes van micronformaat die worden geproduceerd door microfluïdische technologie met nauwkeurige controle over hun grootte, structuur, en compositie. Gevormd door microfluïdische druppeltjes, uniforme microstructuren op commerciële schaal worden tegen lage kosten geproduceerd. De materiaalkosten liggen in een bereik van HKD 0,7 tot 1,3 per vierkante meter, slechts een duizendste daarvan bij de aankoop van gecommercialiseerde producten zoals waterafstotende PTFE-folie. Deze techniek heeft een hoge nauwkeurigheid en effectiviteit in technische oppervlaktestructuren, gegarandeerd door de precisie en controleerbaarheid van het genereren van microfluïdische druppeltjes die goedkoop is en ook gemakkelijk kan worden opgeschaald.

De doorbraak zal de manier veranderen waarop vloeistofafstotende oppervlakken worden gefabriceerd voor robuuste vloeistofafstotendheid, sterke mechanische stabiliteit, en economische productie op commerciële schaal. Het heeft ook de weg vrijgemaakt voor verdere vooruitgang bij het creëren van oppervlaktestructuren door ontwerp, en bij het afstemmen van hun morfologie, afstoting en mechanische stabiliteit voor een gewenste toepassing op verschillende gebieden, inclusief energie, gebouwen, auto's, chemische technologie, elektronica, omgevingen, biomedische industrie, geavanceerde productie, watervoertuig en militaire uitrusting.