Een nieuwe klasse van superhydrofobe nanomaterialen zou het proces van het beschermen van oppervlakken tegen water kunnen vereenvoudigen.

Een materiaal gemaakt door wetenschappers van Rice University, de Universiteit van Swansea, de Universiteit van Bristol en de Universiteit van Nice Sophia Antipolis zijn goedkoop, niet-toxisch en kan op verschillende oppervlakken worden aangebracht via spray- of spincoating.

De onderzoekers onder leiding van Rice-chemicus Andrew Barron rapporteerden hun vondst in het tijdschrift American Chemical Society ACS toegepaste materialen en interfaces .

Het op koolwaterstof gebaseerde materiaal kan een "groene" vervanging zijn voor dure, gevaarlijke fluorkoolwaterstoffen die gewoonlijk worden gebruikt voor superhydrofobe toepassingen, zei Barron.

"De natuur weet deze materialen te maken en milieuvriendelijk te blijven, ' zei Barron. 'Het was onze taak om uit te zoeken hoe en waarom, en om dat te evenaren."

Het lotusblad was erg in hun gedachten toen de onderzoekers probeerden een van de meest hydrofobe - waterafstotende - oppervlakken op aarde na te bootsen. Barron zei dat de mogelijkheden van het blad voortkomen uit de hiërarchie van microscopische en nanoschaal dubbele structuren.

"In het lotusblad, deze zijn te wijten aan papillen in de epidermis en epicuticulaire wassen bovenop, " zei hij. "In ons materiaal, er is een microstructuur gecreëerd door de agglomeratie van aluminiumoxide-nanodeeltjes die de papillen en de hypervertakte organische delen nabootsen die het effect van de epicuticulaire wassen simuleren."

Fabricage en testen van wat de onderzoekers een vertakt koolwaterstof laag-oppervlakte-energiemateriaal (LSEM) noemen, werden uitgevoerd door hoofdauteur Shirin Alexander, een onderzoeksfunctionaris bij het Energy Safety Research Institute op de Swansea University Bay Campus.

Daar, Alexander bedekte gemakkelijk gesynthetiseerde aluminiumoxide-nanodeeltjes met gemodificeerde carbonzuren met sterk vertakte koolwaterstofketens. Deze stekelige kettingen zijn de eerste verdedigingslinie tegen water, het oppervlak ruw maken. Deze ruwheid, een kenmerk van hydrofobe materialen, vangt een luchtlaag op en minimaliseert het contact tussen het oppervlak en waterdruppels, waardoor ze eraf kunnen glijden.

Om superhydrofoob te zijn, een materiaal moet een watercontacthoek hebben die groter is dan 150 graden. Contacthoek is de hoek waaronder het oppervlak van het water het oppervlak van het materiaal raakt. Hoe groter de kralen, hoe groter de hoek. Een hoek van 0 graden is eigenlijk een plas, terwijl een maximale hoek van 180 graden een bol definieert die net het oppervlak raakt.

De LSEM van het Barron-team, met een waargenomen hoek van ongeveer 155 graden, is in wezen gelijk aan de beste op fluorkoolstof gebaseerde superhydrofobe coatings, zei Barron. Zelfs met gevarieerde coatingtechnieken en uithardingstemperaturen, het materiaal behield zijn kwaliteiten, meldden de onderzoekers.

Mogelijke toepassingen zijn onder meer wrijvingsverlagende coatings voor maritieme toepassingen waar internationale overeenstemming bestaat om water te beschermen tegen potentieel gevaarlijke additieven zoals fluorkoolwaterstoffen, zei Barron. "De gestructureerde oppervlakken van andere superhydrofobe coatings zijn vaak beschadigd en verminderen zo het hydrofobe karakter, " zei hij. "Ons materiaal heeft een meer willekeurige hiërarchische structuur die schade kan oplopen en de effecten ervan kan behouden."

Hij zei dat het team werkt aan het verbeteren van de hechting van het materiaal aan verschillende substraten. evenals kijken naar grootschalige toepassing op oppervlakken.