(PhysOrg.com) -- De eerste glimp van minuscule luchtbelletjes die voorkomen dat water een super non-stick oppervlak nat maakt, zou kunnen leiden tot nieuwe supergladde materialen met toepassingen in energie, medicijn, en meer.

Wetenschappers van het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben de eerste glimp opgevangen van minuscule luchtbelletjes die voorkomen dat water een super anti-aanbaklaag bevochtigt. Gedetailleerde informatie over de grootte en vorm van deze bubbels - en het antikleefmateriaal dat de wetenschappers hebben gemaakt door een glad materiaal te "pock-marken" met holtes die slechts meten miljardsten van een meter — wordt vandaag online gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

"Onze resultaten verklaren hoe deze nanoholtes kleine belletjes vangen die het oppervlak extreem waterafstotend maken, ” zei Brookhaven-natuurkundige en hoofdauteur Antonio Checco. Het onderzoek zou kunnen leiden tot een nieuwe klasse van non-stick materialen voor een scala aan toepassingen, inclusief energiecentrales met verbeterde efficiëntie, snellere boten, en oppervlakken die bestand zijn tegen besmetting door ziektekiemen.

Non-stick oppervlakken zijn belangrijk voor veel gebieden van de technologie, van weerstandsreductie tot anti-icing agents. Deze oppervlakken ontstaan ​​meestal door het aanbrengen van coatings, zoals teflon, tot gladde oppervlakken. Maar recentelijk – door de leiding te nemen van waarnemingen in de natuur, met name het lotusblad en sommige soorten insecten - wetenschappers hebben zich gerealiseerd dat een beetje textuur kan helpen. Door topografische kenmerken op oppervlakken op te nemen, ze hebben extreem waterafstotende materialen gemaakt.

“We noemen dit effect ‘superhydrofobiciteit, '", zei Brookhaven-natuurkundige Benjamin Ocko. “Het komt voor wanneer luchtbellen vast blijven zitten in de gestructureerde oppervlakken, waardoor het vloeistofoppervlak in contact met de vaste stof drastisch wordt verminderd.” Dit dwingt het water op te bollen in parelvormige druppels, die zwak met het oppervlak zijn verbonden en gemakkelijk kunnen wegrollen, zelfs met de minste helling.

"Om de eerste glimp van nanobellen op een superhydrofoob oppervlak te krijgen, hebben we een regelmatige reeks van meer dan een biljoen nano-holtes gemaakt op een verder vlak oppervlak, en vervolgens bedekt met een wasachtige oppervlakteactieve stof, " zei Charles Zwart, een natuurkundige bij Brookhaven's Centre for Functional Nanometerials.

Deze gecoate, nanoschaal getextureerd oppervlak was veel meer waterafstotend dan het platte oppervlak alleen, suggereert het bestaan ​​van nanobellen. Echter, omdat de nanoschaal niet toegankelijk is met gewone microscopen, Er is weinig bekend over deze nanobellen.

Om ondubbelzinnig te bewijzen dat deze ultrakleine bubbels aanwezig waren, het Brookhaven-team voerde röntgenmetingen uit bij de National Synchrotron Light Source. “Door te kijken hoe de röntgenstralen afbuigen, of stuiterde van het oppervlak, we zijn in staat om extreem kleine kenmerken in beeld te brengen en te laten zien dat de holtes grotendeels gevuld waren met lucht, ', zei Brookhaven-natuurkundige Elaine DiMasi.

Checco heeft toegevoegd, "We waren verrast dat water slechts ongeveer 5 tot 10 nanometer in de holtes doordringt - een hoeveelheid die overeenkomt met slechts 15 tot 30 lagen watermoleculen - onafhankelijk van de diepte van de holtes. Dit levert het eerste directe bewijs van de morfologie van zulke kleine belletjes.”

Volgens de observaties van de wetenschappers, de bubbels zijn slechts ongeveer 10 nanometer groot - ongeveer tienduizend keer kleiner dan de breedte van een enkele mensenhaar. En de resultaten van het team laten onomstotelijk zien dat deze kleine bubbels bijna platte toppen hebben. Dit in tegenstelling tot grotere, bellen ter grootte van een micrometer, die een meer afgeronde top hebben.

"Deze afgeplatte configuratie is aantrekkelijk voor een reeks toepassingen omdat verwacht wordt dat de hydrodynamische slip langs het nanogestructureerde oppervlak zal toenemen, ' zei Checo. "Bovendien, het feit dat water nauwelijks in de nanotexturen doordringt, zelfs als er een externe druk op de vloeistof wordt uitgeoefend, impliceert dat deze nanobellen zeer stabiel zijn.”

Daarom, in tegenstelling tot materialen met grotere, texturen ter grootte van een micrometer, de oppervlakken vervaardigd door het Brookhaven-team kunnen stabielere superhydrofobe eigenschappen vertonen.

"Deze bevindingen geven een beter begrip van de nanoschaalaspecten van superhydropobiciteit, die zou moeten helpen om het ontwerp van toekomstige superhydrofobe antiaanbaklagen te verbeteren, ' zei Checo.