In een voorschot dat de telefoonschermen vuil kon maken, werkbladen, cameralenzen en talloze andere alledaagse voorwerpen, een materiaalwetenschappelijk onderzoeker aan de Universiteit van Michigan heeft een soepele, duurzaam, heldere coating die snel water afstoot, oliën, alcoholen en, Ja, pindakaas.

In de materiaalkunde 'omnifoob' genoemd, de nieuwe coating stoot zowat elke bekende vloeistof af. Het is de nieuwste in een reeks baanbrekende coatings uit het laboratorium van Anish Tuteja, U-M universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek. De eerdere inspanningen van het team leverden duurzame coatings op die ijs en water afstoten, en een meer fragiele omnifobe coating. De nieuwe omnifobe coating is de eerste die duurzaam en helder is. Eenvoudig aan te brengen op vrijwel elk oppervlak, het is gedetailleerd in een paper gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

Tuteja ziet de nieuwe coating als een manier om te voorkomen dat oppervlakken vuil worden, zowel in huis als in de industrie. Het zou kunnen werken op computerschermen, tafels, vloeren en muren, bijvoorbeeld.

"Ik heb een 2-jarige thuis, dus voor mij, dit specifieke project ging over meer dan alleen de wetenschap, " zei Tuteja. "We zijn enthousiast over wat dit zou kunnen doen om huizen en kinderdagverblijven schoner te maken, en we kijken ook naar een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen in de industrie."

Hij zegt dat de nieuwe coating het laatste resultaat is van de systematische aanpak van het team. die breekt met de traditionele 'mix-and-see'-benadering van de materiaalwetenschap. Door de fundamentele eigenschappen van een enorme bibliotheek van stoffen in kaart te brengen, ze kunnen wiskundig voorspellen hoe twee zich zullen gedragen wanneer ze worden gecombineerd. Dit stelt hen in staat om een ​​bijna eindeloze verscheidenheid aan combinaties te verzinnen met zeer specifiek op maat gemaakte eigenschappen.

"Vroeger, onderzoekers hebben misschien een zeer duurzame stof en een zeer afstotende stof genomen en ze met elkaar vermengd, "Zei Tuteja. "Maar dit levert niet per se een duurzaam, afstotende coating."

Ze ontdekten dat zelfs belangrijker dan duurzaamheid of afstoting een eigenschap is die "gedeeltelijke mengbaarheid, " of het vermogen van twee stoffen om precies op de juiste manier met elkaar te vermengen. Chemicaliën die goed samengaan, maken een veel duurzamer product, zelfs als ze afzonderlijk minder duurzaam zijn.

Het aanpassen van de mengbaarheid van deze specifieke coating vormde een bijzondere uitdaging. Om een ​​veelzijdige coating te maken die optisch helder en glad genoeg is om oliën en alcoholen af ​​te stoten, het team moest een afstotend ingrediënt en een bindmiddel vinden met precies de juiste hoeveelheid mengbaarheid, evenals het vermogen om op een breed scala aan substraten te hechten. Ze hadden ook een coating nodig die glad zou blijven tijdens verwerking en droging.

"Je kunt water afstoten met een ruw oppervlak dat kleine luchtbellen creëert tussen het water en het oppervlak, maar die oppervlakken stoten oliën of alcoholen niet altijd af vanwege hun lagere oppervlaktespanning, Tuteja zei. "We hadden een zeer glad oppervlak nodig dat zo min mogelijk in wisselwerking staat met een verscheidenheid aan vloeistoffen, en we hadden ook ingrediënten nodig die goed bij elkaar passen, omdat te veel fasescheiding tussen ingrediënten licht zal verstrooien."

uiteindelijk, het team ontdekte dat een mix van gefluoreerd polyurethaan en een gespecialiseerd vloeistofafstotend molecuul genaamd F-POSS het werk zou doen. Hun recept vormt een mengsel dat kan worden gespoten, geborsteld, ondergedompeld of spin-gecoat op een breed scala aan oppervlakken, waar het stevig vastzit. Hoewel het oppervlak kan worden bekrast door een scherp voorwerp, het is duurzaam in dagelijks gebruik. En het uiterst nauwkeurige niveau van fasescheiding maakt het optisch helder.

"Het afweermiddel en het bindmiddel mengen goed genoeg om een ​​heldere coating te maken, maar er is een zeer kleine hoeveelheid fasescheiding tussen hen, " zei Mathew Boban, een afgestudeerde onderzoeker op het gebied van materiaalwetenschappen en techniek en een auteur op het papier. "Door die scheiding kan de F-POSS als het ware naar de oppervlakte drijven en een mooie afstotende laag creëren."

Tuteja is van mening dat de coating goedkoop zal zijn tegen de tijd dat het de massamarkt ziet - gefluoreerd polyurethaan is een goedkope, gemeenschappelijk ingrediënt. En hoewel F-POSS tegenwoordig zeldzaam en duur is, fabrikanten zijn bezig het op te schalen naar massaproductie, wat de kosten drastisch zou moeten verlagen.

Het onderzoeksteam doet ook verdere studies om ervoor te zorgen dat de coating niet-toxisch is voor gebruik in plaatsen zoals kinderdagverblijven. Tuteja schat dat de coating binnen twee jaar op de markt kan komen, en hij gelooft dat kindveilige coatings nog maar het begin zijn.

De coating kan ook worden gebruikt in de koeling, energieopwekking en olieraffinage - allemaal industrieën die afhankelijk zijn van de condensatie van vloeistoffen. De nieuwe coating zou apparatuur in staat kunnen stellen condenswater en chemicaliën sneller af te voeren, verhoging van de efficiëntie tot 20 procent. Dat is een gamechanger, aangezien deze industrieën enkele van de meest grootschalige en energie-intensieve ter wereld zijn.

Het papier is getiteld "Smooth, Volledig solide, Lage hysterese, Omnifobe oppervlakken met verbeterde mechanische duurzaamheid."