Wetenschap
Een schematische weergave van hoe het oppervlak eruitziet, en hoe de structuur water afstoot. Krediet:Aalto University
Superhydrofobe oppervlakken stoten water af als geen ander. Dit maakt ze uitermate geschikt voor antimicrobiële coatings, als bacteriën, virussen en andere ziekteverwekkers kunnen zich niet aan hun oppervlak hechten. Echter, superhydrofobe oppervlakken hebben één grote tekortkoming:ze zijn extreem gevoelig voor snijwonden, krassen of deuken. Als een superhydrofoob oppervlak beschadigd raakt, het beschadigde gebied kan vloeistoffen vasthouden en de voordelen van de coating gaan verloren. Nutsvoorzieningen, echter, een samenwerking tussen onderzoekers in China en Finland heeft een gepantserd superhydrofoob oppervlak ontwikkeld dat herhaalde slagen van scherpe en stompe voorwerpen kan weerstaan, en nog steeds vloeistoffen afstoten met een wereldrecord effectiviteit.
Het onderzoek, dat de omslag is van de uitgave van deze week van Natuur - heeft superhydrofobe oppervlakken ontworpen die van metaal kunnen worden gemaakt, glas, of keramiek. De superhydrofobe eigenschappen van het oppervlak zijn afkomstig van structuren van nanoformaat die overal verspreid zijn. De truc is om het oppervlak van het materiaal te modelleren met een honingraatachtige structuur van kleine omgekeerde piramides. De fragiele waterafstotende chemische stof wordt vervolgens aan de binnenkant van de honingraat gecoat. Dit voorkomt dat er vloeistof aan het oppervlak blijft kleven, en de fragiele chemische coating wordt beschermd tegen beschadiging door de muren van de piramide.
"Het pantser kan van bijna elk materiaal worden gemaakt, het is de onderlinge verbinding van het oppervlakteframe die het sterk en stijf maakt, " zegt professor Robin Ras, een natuurkundige aan de Aalto University wiens onderzoeksgroep deel uitmaakte van het project. "We hebben het harnas gemaakt met honingraten van verschillende afmetingen, vormen en materialen. Het mooie van dit resultaat is dat het een generiek concept is dat past bij veel verschillende materialen, waardoor we de flexibiliteit hebben om een breed scala aan duurzame waterdichte oppervlakken te ontwerpen."
Naast hun nuttige antimicrobiële eigenschappen voor biomedische technologie, superhydrofobe oppervlakken kunnen ook meer in het algemeen worden gebruikt in elke toepassing die een vloeistofafstotend oppervlak vereist. Een voorbeeld is fotovoltaïsche, waar de ophoping van vocht en vuil in de loop van de tijd de hoeveelheid licht blokkeert die ze kunnen absorberen, wat de elektriciteitsproductie vermindert. Het maken van een zonnepaneel van een superhydrofoob glasoppervlak zou hun efficiëntie gedurende lange tijd behouden. Verder, aangezien zonnecellen zich vaak op daken en andere moeilijk bereikbare plaatsen bevinden, de afstotende coatings zouden de benodigde hoeveelheid reiniging verminderen.
"Door het ontkoppelde ontwerp te gebruiken, introduceren we een nieuwe benadering voor het ontwerpen van een robuust superhydrofoob oppervlak. Ons toekomstige werk zou zijn om deze methode verder te ontwikkelen, en om robuuste superhydrofobe oppervlakken over te brengen naar verschillende materialen en de commercialisering ervan, " zei professor Xu Deng, de leider van de groep aan de University of Electronic Science and Technology of China in Chengdu die deelnam aan dit onderzoek.
Andere wenselijke toepassingen voor superhydrofobe oppervlakken zijn onder meer in machines en op voertuigen, waar de omstandigheden voor brosse materialen gedurende lange tijd erg zwaar kunnen zijn. Om deze werkomgevingen te simuleren, de onderzoekers onderwierpen hun nieuwe oppervlakken aan extreme omstandigheden, inclusief wekenlang non-stop bakken op 100 °C, door ze urenlang onder te dompelen in zeer corrosieve vloeistoffen, ze bestralen met hogedruk waterstralen, en hen bloot te stellen aan fysieke inspanning in extreme vochtigheid. De oppervlakken waren nog steeds in staat om vloeistof net zo effectief af te stoten als voorheen.
Nu de sterke punten van dit nieuwe materiaalontwerp zijn aangetoond, toekomstig onderzoek zal het brede potentieel ervan in toepassingen in de echte wereld verkennen.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com