Το νερό δεν μπορεί να αγγίξει αυτήν την αμμοβολή επιφάνεια

Η εικόνα δείχνει την τεχνολογία αμμοβολής που αναπτύχθηκε στο Rice για να κάνει το υλικό εξαιρετικά αδιάβροχο. Η μέθοδος ενός βήματος που περιλαμβάνει γυαλόχαρτο και σκόνη δίνει στα υλικά βελτιωμένες αντισυσσωματωτικές ιδιότητες. Πίστωση: Wen Chen

Θέλετε μια επιφάνεια που δεν θα βραχεί; Πάρτε λίγο γυαλόχαρτο.


Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Rice ανέπτυξαν έναν απλό τρόπο για να κάνουν τις επιφάνειες εξαιρετικά υδρόφοβες -δηλαδή εξαιρετικά ανθεκτικές στο νερό- χωρίς τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται συχνά σε τέτοιες διαδικασίες.

Η τεχνολογία τους περιλαμβάνει γυαλόχαρτο, μια επιλογή από σκόνες και λίγο γράσο αγκώνων.

Rice C. Professors Laboratories. Fred Higgs III και James Tour, συν-συγγραφείς μιας ερευνητικής εργασίας στο Journal of the American Chemical Society Εφαρμοσμένα Υλικά και Διεπαφές ACS, ότι το τρίψιμο της επιφάνειας αυξάνει την ικανότητά της να ρίχνει νερό χωρίς να βραχεί. Αλλά η λείανση σε σκόνη ταυτόχρονα του δίνει σούπερ υδροφοβικές δυνάμεις.

Ακόμα καλύτερα, χμμ Ιδιαίτερα αδιάβροχες επιφάνειες Έχει επίσης εξαιρετικές αντιπαγωτικές ιδιότητες. Διαπίστωσαν ότι χρειάζεται 2,6 φορές περισσότερο νερό για να παγώσει σε επεξεργασμένες επιφάνειες από ότι σε μη επεξεργασμένα υλικά. Σημειώνουν επίσης ότι ο πάγος έχει χάσει το 40% της πρόσφυσης του, ακόμη και σε θερμοκρασίες τόσο χαμηλές όσο μείον 31 βαθμούς Φαρενάιτ.

Το πόσο καλά μια επιφάνεια απορροφά ή απωθεί το νερό μπορεί να μετρηθεί αναλύοντας τη γωνία επαφής των σταγονιδίων που κατακάθονται εκεί. Για να είναι πολύ ανθεκτικό στο νερό, ένα υλικό πρέπει να έχει γωνία επαφής με το νερό – τη γωνία στην οποία η επιφάνεια του νερού συναντά την επιφάνεια του υλικού – μεγαλύτερη από 150 μοίρες. Όσο υψηλότερη είναι η διακόσμηση, τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία. Η γωνία μηδέν μοιρών είναι μια λακκούβα νερού, ενώ η μέγιστη γωνία των 180 μοιρών είναι μια μπάλα που μόλις αγγίζει την επιφάνεια.

Για να επιτευχθεί η ανώτερη κατάστασή τους, τα υδρόφοβα υλικά έχουν χαμηλή επιφανειακή ενέργεια καθώς και τραχιά επιφάνεια. Τα καλύτερα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν από την ομάδα του Rice έδειξαν γωνία επαφής περίπου 164 μοιρών.

Ορισμένοι τύποι γυαλόχαρτου μπορούν να παρέχουν τραχύτητα επιφάνειας που ενισχύει την επιθυμητή υδρόφοβη ή υδρόφοβη συμπεριφορά, είπε ο Higgs, του οποίου το εργαστήριο ειδικεύεται στην τριβολογία, τη μελέτη επιφανειών με ολισθαίνουσα επαφή.

«Ωστόσο, η ιδέα της ομάδας Tour να εισάγει επιλεγμένα υλικά πούδρας μεταξύ των επιφανειών τριβής κατά τη διάρκεια της διαδικασίας άμμου στην ενδοχώρα σήμαινε το σχηματισμό ενός τρυποφίλμ», είπε ο Higgs. “Αυτό δίνει το πρόσθετο πλεονέκτημα να τρέχει η επιφάνεια για να απωθεί το νερό περισσότερο από ποτέ.”

Το Tribofilm σχηματίζεται σε μια χημική αντίδραση σε ολισθαίνουσες επιφάνειες μεταξύ τους. Είπε ότι η επιφάνεια του εμβόλου του κινητήρα είναι ένα καλό παράδειγμα.

Ένα βίντεο του αποφοίτου του Rice Winston Wang δείχνει λείανση ινών γραφενίου που προκαλείται από λέιζερ σε μια πλάκα πολυτετραφθοροαιθυλενίου για να γίνουν εξαιρετικά υδρόφοβες και να επιταχυνθούν μέχρι να παγώσει μια σταγόνα νερού στην επεξεργασμένη πλάκα. Η ανώτερη αδιάβροχη διαδικασία που αναπτύχθηκε στο Rice επιβραδύνει τον σχηματισμό πάγου σε επεξεργασμένες επιφάνειες κατά περίπου 2,6 φορές. Πίστωση: Ευγενική προσφορά του Tour Group

Το τρίψιμο εξομαλύνει τις πιο λείες επιφάνειες και επιτρέπει στις σκόνες να προσκολλώνται μέσω των δυνάμεων van der Waals, είπε ο Higgs. «Αυτές οι δυνάμεις βρίσκονται στο αποκορύφωμά τους όταν οι επιφάνειες έρχονται σε στενή επαφή», είπε. “Έτσι, τα σωματίδια της σκόνης μπορούν να κολλήσουν ακόμα και μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας λείανσης.”

Οι δομικές αλλαγές και η μεταφορά μάζας και ηλεκτρονίων φαίνεται να μειώνουν την επιφανειακή ενέργεια των υλικών που, πριν από την επεξεργασία, ήταν ήδη είτε υδρόφοβα είτε υδρόφιλα, σύμφωνα με τους ερευνητές.

Η ομάδα της Rice εφάρμοσε αυτή την τεχνολογία σε μια ποικιλία επιφανειών (τεφλόν, πολυαιθυλένιο, πολυπροπυλένιο, πολυστυρένιο, πολυβινυλοχλωρίδιο και πολυδιμεθυλσιλοξάνη) με μια ποικιλία πρόσθετων σε σκόνη. Αυτά περιελάμβαναν ίνες γραφενίου που προκαλούνται από λέιζερ, γραφένιο φλας στροβίλου, δισουλφίδιο του μολυβδαινίου, τεφλόν και νιτρίδιο βορίου. Χρησιμοποιήθηκε ποικιλία γυαλόχαρτου οξειδίου του αλουμινίου, από 180 έως 2000 grit.

Τα ανθεκτικά υλικά αποδείχθηκαν στιβαρά, καθώς ούτε η θέρμανση στους 130°C (266°F) ούτε 18 μήνες κάτω από τον καυτό ήλιο του Χιούστον τα προκάλεσε φθορά. Το να κολλήσετε τη διάφανη ταινία στην επιφάνεια και να την ξεκολλήσετε 100 φορές δεν την αλλοιώνει. Αλλά ακόμα και όταν τα υλικά άρχισαν να καταστρέφονται, τα εργαστήρια διαπίστωσαν ότι η εκ νέου λείανση τους θα μπορούσε εύκολα να ενημερώσει την αντοχή τους στο νερό.

Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι αλλάζοντας τις συνθήκες των πρόσθετων άμμου και σκόνης, τα υλικά θα μπορούσαν επίσης να γίνουν υδρόφιλα ή υδατοαπορροφητικά.

Ο Tour είπε ότι ο εξορθολογισμός της κατασκευής εξαιρετικά ανθεκτικών στο νερό και αντιψυκτικών υλικών θα πρέπει να προσελκύσει το ενδιαφέρον της βιομηχανίας. «Είναι δύσκολο να φτιάξεις κάτι τέτοιο», είπε. «Οι σούπερ αδιάβροχες επιφάνειες δεν επιτρέπουν τη συσσώρευση νερού. Οι χάντρες του νερού κυλούν αμέσως εάν υπάρχει έστω και η παραμικρή γωνία ή απαλός άνεμος.

«Τώρα, σχεδόν οποιαδήποτε επιφάνεια μπορεί να γίνει εξαιρετικά αδιάβροχη σε δευτερόλεπτα», είπε ο Tour. «Οι σκόνες μπορεί να είναι τόσο απλές όσο το τεφλόν ή δισουλφίδιο του μολυβδαινίουκαι τα δύο άμεσα διαθέσιμα ή νεότερα από το γραφένιο Υλικά. Πολλές βιομηχανίες μπορούν να επωφεληθούν από αυτό, από κατασκευαστές αεροσκαφών και σκαφών μέχρι ουρανοξύστες, όπου η χαμηλή πρόσφυση στον πάγο είναι απαραίτητη».

«Οι κατασκευαστές αεροσκαφών δεν θέλουν να σχηματιστεί πάγος στα φτερά τους, οι καπετάνιοι πλοίων δεν θέλουν έλξη από το νερό των ωκεανών για να τους επιβραδύνει και οι βιοϊατρικές συσκευές πρέπει να αποφεύγουν τη βιορρύπανση, όπου τα βακτήρια συσσωρεύονται σε υγρές επιφάνειες», είπε ο Higgs. «Οι ισχυρές, μακράς διάρκειας, αδιάβροχες επιφάνειες που παράγονται από αυτή τη μέθοδο ενός βήματος μπορούν να ανακουφίσουν πολλά από αυτά τα προβλήματα.

«Ένας περιορισμός άλλων τεχνολογιών για τη δημιουργία υδρόφοβων επιφανειών είναι ότι δεν φτάνουν σε μεγάλο εύρος Επιφάνεια Είπε περιοχές όπως αυτές σε αεροπλάνα και πλοία. “Οι απλές τεχνικές εφαρμογής όπως αυτές που αναπτύχθηκαν εδώ θα πρέπει να είναι επεκτάσιμες.”

Ο Wen Chen, μεταπτυχιακός φοιτητής της Rice και συν-επικεφαλής της νέας εργασίας, είπε ότι το εργαστήριο Round έχει επίσης εφαρμόσει την τεχνική αμμοβολής σε διάφορες μεταλλικές επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων, όπως αναφέρεται σε άλλο πρόσφατο έγγραφο, φύλλου λιθίου και νατρίου για μεταλλικές μπαταρίες.

«Οι αυθόρμητες χημικές αντιδράσεις προκαλούν το σχηματισμό μεμβρανών τριβοφίλμ, σε αυτή την περίπτωση, τη συνθετική ενδιάμεση φάση στερεού-ηλεκτρολύτη», είπε ο Τσεν. “Τα τροποποιημένα μέταλλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως άνοδοι για επαναφορτιζόμενες μεταλλικές μπαταρίες.”


Το αέριο δίνει ανώτερες ιδιότητες στο γραφένιο που προκαλείται από λέιζερ


περισσότερες πληροφορίες:
Weiyin Chen et al, Ισχυρές, εξαιρετικά υδρόφοβες επιφάνειες μέσω της μεθόδου Sand-In, Εφαρμοσμένα Υλικά και Διεπαφές ACS (2022). DOI: 10.1021 / acsami.2c05076

Εισαγωγή του
Πανεπιστήμιο Ράις

το απόσπασμα: Το νερό δεν μπορεί να αγγίξει αυτήν την επιφάνεια με σκόνη άμμου (2022, 4 Αυγούστου), Ανακτήθηκε στις 4 Αυγούστου 2022 από https://phys.org/news/2022-08-sanded-powdered-surface.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Ένας διαστημικός τυφώνας εντοπίζεται στον Βόρειο Πόλο για πρώτη φορά

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *