Bahan super hidrofobik 30.01.2015

Teratai dianggap sebagai simbol kesucian: tumbuh di dalam air paya yang kotor, bunga yang sangat cantik dan paling murni dilahirkan. Nampaknya apa yang boleh menjadi biasa antara simbol kesucian dan fizik? Ternyata ada perkara biasa, dan ini dipanggil istilah saintifik - sifat hidrofobik permukaan. Sekiranya permukaannya hidrofilik, maka air boleh dengan mudah merebak di atasnya dan membentuk filem seragam (contoh permukaan sedemikian ialah kaca). Tetapi jika anda menumpahkan beberapa titik air pada kuali Teflon, ia tidak akan melekat pada permukaan, dan jika anda mencondongkannya pada sudut tertentu, titisan akan mula bergulung - ini adalah contoh permukaan hidrofobik.

Daun teratai adalah permukaan superhidrofobik semulajadi, ia tidak basah di dalam air, tetapi titisan menggulungnya, mengambil habuk dan zarah kotoran bersamanya, membersihkan tumbuhan. Daun teratai adalah permukaan superhidrofobik semulajadi, ia tidak basah di dalam air, tetapi titisan menggulungnya, mengambil habuk dan zarah kotoran bersamanya, membersihkan tumbuhan.

Dan terdapat juga sifat seperti superhydrophobicity. Pada permukaan sedemikian, titisan air tidak dapat diperbaiki sama sekali, dan mula melancarkannya pada sudut kecenderungan yang sangat kecil. Sebagai contoh, titisan embun pada rumput mempunyai bentuk sfera, permukaannya seolah-olah menangkis air, menghalangnya daripada basah. Daun teratai adalah contoh yang paling indah dari permukaan superhidrofobik alam semula jadi. Rahsianya terletak pada struktur mikro daun, mereka bukan sahaja menangkis air, tetapi juga menyumbang kepada pembersihan diri tumbuhan. Titisan air, bergolek turun dari permukaan daun, membawa zarah habuk dan kotoran, meninggalkan bunga itu bersih dengan sempurna. Ngomong-ngomong, sayap rama-rama dan serangga lain mempunyai harta yang sama, jika tidak, mereka tidak akan dapat terbang di bawah berat habuk yang melekat.

Manusia telah belajar membuat permukaan hidrofobik tiruan yang sama sekali tidak dibasahi oleh air. Tetapi dua ahli fizik dari Universiti Rochester, Anatoly Vorobyov dan Chan-Li Guo, pergi lebih jauh dan dapat mencipta bahan dari mana titisan air melantun seperti bola tenis dari dinding. Adalah lebih tepat untuk mengatakan bahawa mereka datang dengan kaedah yang mana sifat unik itu boleh diberikan kepada bahan yang berbeza. Bagaimana mereka melakukannya?

Untuk merawat permukaan, para penyelidik memerlukan laser nilam berkuasa yang menghasilkan denyutan femtosaat pendek. Selepas memfokuskan pancaran laser pada permukaan logam, alur selari kira-kira 100 µm lebar dan 75 µm dalam digunakan pada permukaannya. Saiz ini setanding dengan ketebalan rambut manusia. Pada permukaan berusuk yang terhasil, agak mengingatkan katil dengan kentang berbukit, malah struktur nano yang lebih kecil terbentuk, yang menjadikan alur dan alur "kasar". Penguji mengambil masa kira-kira sejam untuk memproses plat logam berukuran 2,5 x 2,5 cm dengan laser.

Hasilnya adalah bahan yang menakjubkan. Untuk eksperimen mereka, ahli fizik mengambil tiga plat logam yang diperbuat daripada platinum, titanium dan loyang. Selepas pemprosesan, permukaan logam berkilat menjadi hitam sepenuhnya - ia berhenti memantulkan cahaya. Tetapi penemuan yang paling mengagumkan dibuat apabila air dijatuhkan ke atas plat yang diubah suai laser - titisan yang jatuh itu melantun daripadanya. Permukaan itu ternyata sangat kalis air sehingga setitik yang jatuh ke atasnya dapat menjimatkan sehingga satu pertiga daripada tenaga kinetiknya dan melantun semula. Sememangnya, plat logam itu sendiri kekal benar-benar kering. Untuk menguji sifat pembersihan diri bahan yang dicipta, para penyelidik menggunakan lapisan habuk yang diambil dari pembersih vakum konvensional ke atasnya. Selepas itu, air biasa mula menitis ke permukaan - setiap titisan "melekatkan" serpihan habuk ke dirinya sendiri, membawanya bersamanya. Dan bahan itu sendiri kekal dalam kesucian asalnya, tidak lebih buruk daripada bunga teratai yang indah.

Titisan melompat di atas kapal terbang, sudah tentu, cantik dan menarik, tetapi bagaimana bahan tersebut boleh berguna? Bunga teratai ternyata bukan sahaja simbol kesucian, tetapi juga membantu ahli sains memikirkan bagaimana untuk menjadikan dunia kita lebih baik. Pertama sekali, permukaan pembersihan diri akan membantu menjimatkan air. Ini sangat penting di mana setiap liter air dikira. Di samping itu, bahan sedemikian mungkin mempunyai sifat anti-aising - pembentukan ais pada kawalan pesawat penuh dengan akibat yang sangat menyedihkan. Permukaan superhidrofobik akan lebih tahan terhadap acuan dan mikroorganisma lain. Sifat permukaan logam menjadi hitam sepenuhnya boleh berguna untuk penyerapan tenaga suria yang cekap.