Nová technika má uplatnenie v rôznych oblastiach vrátane inštalatérstva, optiky, automobilového či námorného priemyslu.
Umelecké zobrazenie vrstvy molekúl podobnej tekutine odpudzujúcej kvapky vody. Zdroj: Ekaterina Osmekhina/Aalto University
Výskumníci z Aalto University vo Fínsku sa ponorili do výskumu klzkosti molekúl vody a vytvorili najšmykľavejší, respektíve najviac vodoodolný povrch na svete. Tento objav spochybňuje existujúce predstavy o trení medzi pevnými povrchmi a vodou, a tým otvára novú cestu štúdia klzkosti kvapiek na molekulárnej úrovni.
Nová technika má uplatnenie v rôznych oblastiach vrátane inštalatérstva, optiky, automobilového či námorného priemyslu.
Interakcie vody a pevných povrchov
Všade okolo nás interaguje voda väčšinu času s pevnými povrchmi. Týmto spôsobom ovplyvňuje aj ich vlastnosti. Pochopenie molekulárnej dynamiky mikroskopických kvapiek pomáha vedcom a inžinierom nájsť spôsoby, ako zlepšiť mnohé domáce a priemyselné technológie.
Oblasť nanomateriálov a nanoinžinierstva sa od 90. rokov minulého storočia extenzívne rozrastá. Mnohé superhydrofóbne povrchy fungujú tak, že zachytávajú vrstvu vzduchu alebo kvapaliny. To spôsobuje, že voda, ktorá na ňu dopadne, sa sformuje do kvapôčok a ľahšie sa odkotúľa.
Novodobé technológie umožňujú však vytvárať takzvané povrchy podobné kvapalinám (LLS), ktoré sú zložené z vrstiev vysokomobilných (pohyblivých) molekúl, ktoré musia byť ale pevne prichytené k substrátu. Konečný výsledok funguje ako namazaný povrch, z ktorého voda okamžite stečie.
Kvapka. Zdroj: iStockphoto.com
Voda stečie z hockade
Vedci z Aalto University vo Fínsku tvrdia, že vyvinuli doposiaľ najviac známy vodoodpudivý povrch s potenciálnymi aplikáciami siahajúcimi od ochrany potrubí a smartfónov až po vozidlá a člny.
Superhydrofóbne povrchy sa zvyčajne hodnotia kĺzavými uhlami (uhol, pod ktorým voda stečie), pričom väčšina z nich dosiahne hodnotu 5 stupňov. Najnovšiemu materiálu sa podarilo dosiahnuť 0,01 stupňa, čo znamená, že voda stečie v podstate z akéhokoľvek povrchu, ktorý nie je dokonale rovný.
Extrémna odolnosť
V najnovšej štúdii publikovanej v časopise Nature Chemistry opisujú vedci svoj nový povrchový materiál z molekúl nazývaných samozostavené monovrstvy (SAM), ktoré pokrývajú kremíkový substrát. Starostlivým nastavením podmienok, ako je teplota a obsah vody vnútri reaktora, sa tímu podarilo s vysokou presnosťou kontrolovať, akú veľkú časť kremíkového povrchu monovrstva pokrýva.
„Ako prví na svete sme prešli priamo na nanometrovú úroveň, aby sme vytvorili dokonalé prostredie aj napriek heterogenite povrchov,“ hovorí doktorandka Sakari Lepikko, vedúca autorka štúdie.
Keď vedci pokryli veľkú časť povrchu SAM monovrstvami, stala sa superhydrofóbnou, čiže voda okamžite vytvorila kvapky a stiekla. To sa samo osebe dalo očakávať, no na prekvapenie výskumníkov už aj slabé pokrytie SAM vytvorilo klzký povrch. Doteraz si odborníci mysleli, že pri malom pokrytí vytvorí voda na povrchu film, o ktorom sa predpokladalo, že zvyšuje trenie, a voda by preto nemohla stiecť.
Tím plánuje aj ďalej pokračovať v experimentovaní s nastavením monovrstiev a zvýšiť odolnosť celého povrchu.
Zdroj: Sci News, New Atlas, DOI: 10.1038/s41557-023-01346-3
(JM)
