(PhysOrg.com) -- In de natuur, getextureerde oppervlakken bieden sommige planten de mogelijkheid om insecten en stuifmeel te vangen, bepaalde insecten het vermogen om op water te lopen, en de gekko het vermogen om muren te beklimmen. Als we deze kenmerken op grotere schaal kunnen nabootsen, zou dit nieuwe ontwikkelingen op het gebied van hernieuwbare energie en medicijnen stimuleren. In een paper gepubliceerd in het nummer van 10 oktober van Natuurmaterialen , een team van onderzoekers uit Penn State, het marine onderzoekslaboratorium, en Harvard Medical School rapporteren over de ontwikkeling van een geconstrueerde dunne film die het natuurlijke vermogen van waterschrijdende insecten nabootst om op het wateroppervlak te lopen, en voor vlinders om water van hun vleugels af te werpen.

Hoewel superhydrofobe zelfreinigende oppervlakken een actief onderzoeksgebied zijn, deze ontwikkeling markeert een technische doorbraak in het vermogen om de directionaliteit van vloeistoftransport te regelen. Met behulp van een reeks poly (p-xylyleen) nanostaafjes gesynthetiseerd door een bottom-up dampfase-techniek, de onderzoekers waren in staat om waterdruppels in één richting vast te pinnen met enorme kleefkrachten evenredig aan het aantal nanostaafjes en de oppervlaktespanning, terwijl de druppels in de tegenovergestelde richting vrijkomen.

Het verschil tussen de pen en de loskracht is 80 micronewton, meer dan tien keer de waarden die worden gerapporteerd in andere geconstrueerde oppervlakken met ratelachtige kenmerken, en het eerste dergelijke oppervlak dat op nanoschaal is ontwikkeld. Onlangs, de auteurs toonden ook directionele hechting en wrijving van deze oppervlakken aan, vergelijkbaar met de manier waarop een gekko een muur kan beklimmen ( J. Technische Natuurkunde , 2010). Gekko's voeten bevatten ongeveer 4 miljoen haren per vierkante millimeter, terwijl polymeer nanostaafjes kunnen worden afgezet met 40 miljoen staven per vierkante millimeter.

De nanofilm die door deze techniek wordt geproduceerd, schuine hoekafzetting genoemd, biedt een glad oppervlak op microschaal voor het transport van kleine waterdruppels zonder pompen of optische golven en met minimale vervorming voor zelfaangedreven microfluïdische apparaten voor medicijnen en voor microassemblage.

In werk gesponsord door de Amerikaanse marine, de nanofilm is bedoeld voor gebruik als een coating die de weerstand op de romp van schepen zou verminderen en vervuiling zou vertragen. Potentiële industriële en energiegerelateerde toepassingen zijn als richtspuiten en vloeistofdiodes, pompvrije digitale fluïdische apparaten, verhoogde efficiëntie van thermische koeling voor microchips, coatings voor banden, en zelfs bij energieproductie uit regendruppels.

De leiding van het Penn State-team, Melik Demirel, universitair hoofddocent technische wetenschappen en mechanica en corresponderende auteur van het rapport, is van mening dat de huidige op laboratoria gebaseerde dampfasetechniek, die, hoewel relatief eenvoudig, toch een vacuüm vereist, kan worden vervangen door een vloeistoffasetechniek, die het mogelijk zouden maken om de productie van hun materiaal op te schalen naar de grootte van de industrie. “De grote impact van onze methode is dat we voor het eerst een gecontroleerd richtingsoppervlak kunnen creëren op nanoschaal, ’ besluit Demirel.