Новое покрытие дало отпор горячей воде

Почти все гидрофобные (или боящиеся воды) материалы были «скопированы» с натуральных аналогов. На этом фото листья лотоса (фото Yuyang Liu и Royal Society of Chemistry).

Все влагоотталкивающие материалы способны выдержать атаку холодной воды, но ситуация кардинально меняется, когда на поле боя появляется горячая жидкость. Переменить положение смогли лишь химики из университета Миннесоты.

В последние годы было создано много различных водоотталкивающих материалов. Чаще всего гидрофобные свойства обеспечивает особая пропитка, копирующая покрытие из воска, которое часто встречается в природе.

Кроме того, вода плохо задерживается на игольчатой поверхности (например, покрытой мелкими волосками, как у некоторых растений), так как между торчащими колючками задерживается воздух. Он не даёт каплям вытеснить себя, а значит, проникнуть внутрь.

Капли воды, имеющие малую площадь соприкосновения с поверхностью, обретают шаровидную (или близкую к шаровидной) форму. И даже когда капля падает с большой высоты, предположим, на лист дерева, она скатывается по нему вниз.

Листья лотоса являются супергидрофобными. Однако это верно только тогда, когда температура падающей жидкости почти не отличается от комнатной (слева). Но стоит облить их водой горячей, и от былых свойств не остаётся и следа (справа) (фото Yuyang Liu и Royal Society of Chemistry).

С горячей водой всё не так. Она не только топит воск, но и «обходит» колючки. Так, капли воды с температурой выше 50 °С на листе лотоса растекаются в маленькие озёра. Видимо, 50 °С соответствует температуре таяния природного воска.

Когда же учёные создали имитацию листа лотоса без воска, выяснилось, что эффект отталкивания воды пропадает при 85 °C. Более того, он меняется на прямо противоположный: вода начинает «прилипать» к листу.

Глава исследования Юйян Лю (Yuyang Liu) считает, что горячая вода «выгоняет» из-под себя воздух, а так как она ко всему прочему ещё и обладает меньшим поверхностным натяжением, вода преспокойно влезает в «ямки» между колючками.

В результате капли теряют свою шаровидную форму, растекаются и будто прилипают к поверхности, не имея возможности скатиться с неё.

Лю и его коллеги тщательно изучили все эти процессы и стали думать, как же их обойти, чтобы создать материал, который не боялся бы не только холодной, но и горячей воды.

Юйян однажды обратил внимание, что некоторым искусственным материалам горячая вода всё же не страшна. Сразу в нескольких научных работах упоминалось, что углеродные нанотрубки эффективно отталкивают любую воду.

Чтобы ещё больше усилить их гидрофобные свойства, к нанотрубкам подмешали тефлон — вещество, которое часто используется для создания антипригарных покрытий кухонной утвари.

Команда Лю и их коллеги из Гонконгского политехнического университета (Hong Kong Polytechnic University) окунули в новое покрытие хлопчатобумажную ткань. Оказалось, что полученный материал выдерживает напор горячей воды, кофе и чая (температура до 75 °С). Он не пропускает все эти жидкости. Капли образуют сферы и скатываются с ткани.

Сам по себе тефлон не столь эффективен, отмечает Лю. Видимо, дело в том, что нанотрубки образуют своеобразную колючую поверхность (только на наноуровне). Образующиеся «ямочки» настолько малы, что они способны задержать воздух и вытеснить капли даже горячей воды.

Это схематическое изображение показывает, как ведут себя на обычной водоотталкивающей поверхности холодная (слева) и горячая (справа) капли воды (иллюстрация Royal Society of Chemistry).

В обозримом будущем химики могут создать специальное недорогое покрытие для обычной ткани, которое бы защищало человеческое тело от ожогов. Правда, пока нанотрубки делают материал довольно тёмным и твёрдым, но с этим вполне можно справиться, уверены американские учёные.

Статья авторов опубликована в Journal of Materials Chemistry.

Мы также рассказывали о металле, который способен поднимать воду по своей поверхности, самоочищающемся стекле, покрытии, отталкивающем органические жидкости, и гидрофобном песке, который задерживает воду близ поверхности земли.



Видящая ткань строит картинку без классической оптики

8 июля 2009

Бетон нового века украсит собой тысячелетия

19 июня 2009

Впервые получен лёд XV

17 июня 2009

Физики заставили поверхность металла поднимать воду

9 июня 2009

Новый пластик меняет цвет при деформации

8 мая 2009