Το πιο αδιάβροχο… αδιάβροχο υλικό υποστηρίζουν ότι ανέπτυξαν επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Μπρουκχέιβεν του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας. Το απόλυτα υδροφοβικό, όπως το αποκαλούν, υλικό «διώχνει» τις σταγόνες του νερού (οι οποίες όπως θα δείτε στο βίντεο αναπηδούν επάνω του σαν «τρελομπαλάκια») ακόμη και όταν αυτές πέφτουν στην επιφάνειά του υπό πίεση. Παρόμοια υλικά έχουν αναπτυχθεί ως τώρα, οι ερευνητές του Μπρουκχέιβεν όμως ανέπτυξαν μια μέθοδο για την ευκολότερη κατασκευή τους σε ακόμη πιο μικροσκοπική κλίμακα και σε μεγαλύτερες επιφάνειες, εξασφαλίζοντας παράλληλα καλύτερα αποτελέσματα και ανοίγοντας τον δρόμο για ευρύτερες εφαρμογές.
Οι νανοκύλινδροι με επίπεδη επιφάνεια και οι νανοκώνοι που δημιούργησαν οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Μπρουκχέιβεν για τα πειράματά τους (Πηγή: Brookhaven National Laboratory)
«Η ιδέα ότι οι μικροσκοπικές δομές μπορούν να προσδώσουν σε ένα υλικό υδατοαπωθητικές ιδιότητες έχει τις ρίζες της στη φύση»
εξήγησε σε δελτίο Τύπου ο επικεφαλής της σχετικής μελέτης Αντόνιο Κέκο του Ινστιτούτου Μπρουκχέιβεν. «Για παράδειγμα, τα φύλλα του λωτού και οι εξωσκελετοί ορισμένων εντόμων έχουν μικροσκοπικής κλίμακας δομές σχεδιασμένες ώστε να απωθούν το νερό παγιδεύοντας αέρα. Η ιδιότητα αυτή, η οποία ονομάζεται «υπερυδροφοβικότητα», κάνει τα σταγονίδια του νερού να κυλάνε μακριά, μεταφέροντας μαζί τους τα σωματίδια σκόνης και τη βρωμιά». Μιμούμενοι τη φύση
Οι επιστήμονες προσπαθούν να μιμηθούν με διάφορους τρόπους αυτούς τους μηχανισμούς αυτοκαθαρισμού της φύσης καθώς είναι χρήσιμοι σε πολλές εφαρμογές προσφέροντας επιφάνειες που αυτοκαθαρίζονται, δεν παγώνουν και δεν μολύνονται από βακτήρια. Η μίμηση αυτή ωστόσο δεν είναι εύκολη –οι κυριότερες δυσκολίες που συναντούν οι ειδικοί εντοπίζονται στην ανάπτυξη υλικών του είδους που να μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές θερμοκρασίες, πιέσεις και υγρασία (ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν π.χ. στα παρμπρίζ των αυτοκινήτων και των αεροπλάνων η στις ατμογεννήτριες) καθώς και στην παραγωγή των πιο μικροσκοπικών δομών –οι οποίες είναι και οι πιο «λειτουργικές» –σε μεγάλης κλίμακας επιφάνειες.
Και τους δύο αυτούς σκοπέλους ξεπέρασαν οι ερευνητές του Μπρουκχέιβεν αναπτύσσοντας μια νέα μέθοδο κατασκευής του υπερ-υδροφοβικού υλικού τους. «Αναπτύξαμε μια κατασκευαστική προσέγγιση που βασίζεται στην αυτοσυναρμολόγηση των νανοδομών και η οποία μας επιτρέπει να ελέγχουμε επακριβώς τη γεωμετρία της δομής της επιφάνειας σε όσο μεγάλη κλίμακα θέλουμε –καταρχήν ακόμη και σε μεγέθη τετραγωνικών μέτρων» δήλωσε ο δρ Κέκο. Η προσέγγιση αυτή εκμεταλλεύεται την τάση των λεγόμενων «αδρομερών συμπολυμερών» υλικών να αυτo-οργανώνονται μέσω ενός μηχανισμού ο οποίος είναι γνωστός ως «αποχωρισμός μικροφάσης».
Κύλινδροι και κώνοι
Με αυτή την τεχνική οι ερευνητές του Μπρουκχέιβεν δημιούργησαν και δοκίμασαν υλικά με διαφορετικές δομές στην επιφάνειά τους –κυρίως με δομές που αποτελούνταν είτε από κυλινδρικούς στύλους με επίπεδη επιφάνεια είτε από «ακίδες» σε σχήμα κώνου με μυτερές κορυφές, σε κλίμακες των 20 νανομέτρων ή μικρότερες. Δοκιμάζοντας το καθένα ξεχωριστά είδαν ότι η πιο αποτελεσματική στην απώθηση του νερού ήταν η επιφάνεια με τους νανοκώνους –κάτι το οποίο ήταν γνωστό από προηγούμενες μελέτες (τόσο του ίδιου του δρος Κέκο όσο και άλλων ερευνητών) αλλά δεν είχε αποδειχθεί σε τέτοιον βαθμό. Επιπλέον η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Advanced Materials», έδειξε για πρώτη φορά ότι οι νανοδομές με κωνικό σχήμα κάνουν τις σταγόνες του νερού να κυλάνε πιο εύκολα, κρατώντας την επιφάνεια πιο στεγνή. Στα πειράματα που έγιναν μάλιστα φάνηκε ότι οι νανοκώνοι που δημιούργησαν οι επιστήμονες του Μπρουκχέιβεν διατηρούν την υδατοαπωθητική ιδιότητά τους ακόμη και όταν το νερό ψεκάζεται επάνω τους με σύριγγα υπό πίεση.
Οι επιστήμονες κατέγραψαν τις αναπηδήσεις των σταγονιδίων του νερού με μια μικροκάμερα –έτσι μπορούμε να παρακολουθήσουμε ορισμένα από τα αποτελέσματά τους στο βίντεο. Επόμενος στόχος τους είναι να επεκτείνουν την τεχνική τους και σε άλλα υλικά, όπως το γυαλί ή το πλαστικό, καθώς και να κατασκευάσουν ανάλογες επιφάνειες οι οποίες θα είναι «φοβικές» στο πετρέλαιο.
Δημοσιεύτηκε στο HeliosPlus στις 4 Νοεμβρίου 2013
HeliosPlus
