Onderzoekers hebben een manier gevonden om ultradunne oppervlaktecoatings robuust genoeg te maken om krassen en deuken te overleven. Het nieuwe materiaal, ontwikkeld door het samenvoegen van dunnefilm- en zelfherstellende technologieën, heeft een bijna eindeloze lijst van mogelijke toepassingen, inclusief zelfreiniging, anti-ijsvorming, anti-condens, antibacterieel, aangroeiwerende en verbeterde warmtewisselingscoatings, aldus onderzoekers.

Uit de nieuwe studie bleek dat de snelle verdampingseigenschappen van een gespecialiseerd polymeer met een netwerk van dynamische bindingen in de ruggengraat helpen bij het vormen van een waterbestendige, zelfherstellende coating van nanoschaaldiktes. De studie, onder leiding van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign, professor werktuigbouwkunde en techniek, Nenad Miljkovic, en professor materiaalkunde en techniek, Christopher Evans, wordt gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Voor deze studie is de primaire focus van de Miljkovic-groep lag op het verhogen van de efficiëntie van stoomkrachtcentrales, die wereldwijd de grootste elektriciteitsproducenten zijn, door dit soort coatings in hun condensors te gebruiken. "De bekledingen, wanneer toegepast op de oppervlakken van de condensors, maak ze waterbestendiger en efficiënter in het vormen van waterdruppels, die de warmteoverdracht optimaliseert, " zei afgestudeerde onderzoeksassistent Jingcheng Ma, een co-hoofdauteur van de studie.

Bij gebruik in stoomkrachtcentrales, dunne coatings kunnen op tal van duurzaamheidsproblemen stuiten, aldus de onderzoekers. Coatings kunnen in weken kapot gaan, soms zelfs uren. Een dergelijke korte levensduur maakt het aanbrengen van de coatings in de praktijk onpraktisch, wat al ongeveer acht decennia een fundamentele uitdaging is in de mechanische en materiaalwetenschappen. Dikkere coatings kunnen duurzamer zijn, maar ze verminderen de warmteoverdracht en tasten het bijbehorende voordeel van de coating aan.

Eerdere studies hebben aangetoond dat de meeste ultradunne coatings minuscule gaatjes vertonen zodra ze op een oppervlak zijn uitgehard. Door deze gebreken dringt stoom door, wat leidt tot de geleidelijke delaminatie van de coating, zeiden de onderzoekers, dus hun doel was om een ​​pinhole-vrij, waterbestendige dunne film en verbeteren de algehele energie-efficiëntie van stoomcentrales met enkele procenten.

"Zelfherstellende materialen kunnen zichzelf recyclen en opnieuw verwerken, Evans zei. "We ontdekten dat we met succes de genezing kunnen gebruiken die mogelijk wordt gemaakt door de dynamische banden, waardoor de coatings zichzelf kunnen repareren als reactie op krassen of om te voorkomen dat gaatjes groeien."

genaamd dyn-PDMS, het materiaal kan gemakkelijk worden gedompeld op materialen in nanoschaallagen op verschillende oppervlakken zoals silicium, aluminium, koper of staal.

"Een van de redenen waarom we zulke dunne lagen kunnen krijgen, is omdat de oplosmiddelen die bij de reactie worden gebruikt heel snel verdampen, waardoor alleen het polymeer overblijft, "Zei Evans. "Ook, eenmaal genezen, het materiaal herstelt zichzelf zeer snel van krassen - zo snel dat het moeilijk in realtime waar te nemen is. We zien dit gedrag niet in het algemeen, bulkmonsters van het materiaal - alleen in de dunne film, en dat is een vraag die we nu proberen te beantwoorden."

De onderzoekers stellen dat de ultradunne coatings die in dit onderzoek zijn ontwikkeld een oplossing bieden voor duurzame waterbestendige materialen en roepen open wetenschappelijke vragen op binnen de materiaalwetenschap en vloeistofmechanica die onbeantwoord blijven.