Японские ученые создали прочный и эластичный супергидрофобный материал, по структуре напоминающий кожу рыбы-ежа. Микроструктурный материал из звездообразных частиц из оксида цинка, покрытых полимером, сохранял гидрофобные свойства даже после 1000 циклов трения и сгибания, а также выдержал скручивание, нанесение царапин и разрезов. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Супегидрофобные структуры (краевой угол смачивания у них больше 150 градусов) обладают особенными водоотталкивающими свойствами. В природе этот эффект, например, помогает листьям лотоса защищаться от заселения микроорганизмами, а бабочкам — не намокнуть. Чаще всего такие материалы состоят из небольших по размерам шероховатостей, структура которых легко разрушается, если ее согнуть или деформировать по-другому.
Ёсихиро Ямаути (Yoshihiro Yamauchi) с коллегами из Национального института наук о материалах вдохновились строением кожи морского ежа и создали структуру из звездообразных микрочастиц оксида цинка с четырьмя иглами, покрытую полидиметилсилоксаном для придания ей упругости и гидрофобности.
В раствор полимера насыпали микрочастицы, перемешивали около десяти минут и выливали на бумагу с тефлоном, на которой суспензия неделю сушилась при комнатной температуре. Исследователи затем наносили суспензию на различные металлические поверхности, стекло, бумагу, резину и хлопок, а также тестировали механические свойства самого материала.
Строение гибкого супергидрофобного материала из микрочастиц оксида цинка и полидиметилсилоксана, его свойства и сходство этой структуры с кожей морского ежа. Yoshihiro Yamauchi, Mizuki Tenjimbayashi, Sadaki Samitsu & Masanobu Naito, ACS Applied Materials & Interfaces, 2019
Краевой угол смачивания был больше 150 градусов, когда массовая доля оксида цинка превышала 50 процентов, однако гибкость материала ухудшалась. Поэтому авторы решили, что для достижения как хорошей гидрофобности, так и высокой упругости, оптимальное соотношение полимера и микрочастиц должно быть один к одному.
Даже после образования на поверхности царапины, материал схранял супергидрофобные свойства. Yoshihiro Yamauchi, Mizuki Tenjimbayashi, Sadaki Samitsu & Masanobu Naito, ACS Applied Materials & Interfaces, 2019
Материал оказался механически устойчивым к трению и сохранял супергидрофобные свойства даже после разреза, нанесения царапин, скручиваний, сгибаний. По словам авторов, упругость обеспечивал полимер в составе композита, в то время как неорганическая структура практически не изменялась (только иглы оксида титана оказывались на поверхности). Термический анализ материала показал, что он мог сохранять свою гибкость в интервале температур от -30 до 110 градусов Цельсия.
По словам авторов, новый, простой в изготовлении, гидрофобный даже в деформированном состоянии материал пригодится для создания пленок, пластин или монолитных изделий любых форм.
Супергидрофобные материалы применяют для защиты от обледенения, создании водоотталкивающих материалов, но также они полезны в осуществлении процессов передачи тепла или охлаждения. В прошлом году ученые нашли способ повысить эффективность передачи тепла от подобной поверхности к кипящей жидкости.
Автор: Алина Кротова
Источник: https://nplus1.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
