Он может обеспечить гидроизоляцию транспортных средств, одежды, крыш и множества других поверхностей, для которых современные гидроизоляционные средства слишком хрупкие. Это также могло бы снизить сопротивление корпусов кораблей – шаг, который снизил бы расход топлива массивных судов, которые перевозят 90 процентов мировых грузов.
Разработчики говорят, что новая смесь – это прорыв в области, где десятилетия исследований не привели к созданию прочного покрытия.
Хотя в настоящее время доступны водоотталкивающие покрытия, они, как правило, недостаточно прочны для таких применений, как одежда или корпуса кораблей. Это открытие меняет то, что.
«Тысячи супергидрофобных поверхностей были изучены за последние 20 или 30 лет, но никто так и не смог придумать, как систематически проектировать долговечные», – сказал Аниш Тутейа, доцент кафедры материаловедения и инженерии. "Я думаю, что это то, что мы действительно достигли здесь, и это откроет дверь для других исследователей, чтобы создать более дешевые, а возможно, даже лучшие супергидрофобные покрытия."
Покрытие состоит из смеси материала, называемого «фторированный полиуретановый эластомер», и специальной водоотталкивающей молекулы, известной как «F-POSS».«Его можно легко распылить практически на любую поверхность, и он имеет слегка резиновую текстуру, что делает его более эластичным, чем его предшественники.
При его повреждении покрытие может восстанавливаться сотни раз. Он может прийти в норму «даже после истирания, царапин, ожогов, плазменной очистки, сплющивания, обработки ультразвуком и химического воздействия», – написали исследователи в статье, недавно опубликованной в ACS Applied Materials & Interfaces.
Покрытие может не только восстанавливаться физически, но и химически.
Если водоотталкивающие молекулы F-POSS соскребают с поверхности, новые молекулы естественным образом мигрируют туда, чтобы заменить их. Так покрытие может обновляться сотни раз. Его лечебная способность ограничена только толщиной.
Открытие коммерциализируется HygraTek, компанией, основанной Тутей при содействии U-M Tech Transfer.
Помимо покрытий, подробно описанных в документе, в рамках проекта был разработан рецепт, который исследователи могут использовать для оптимизации будущих покрытий в соответствии с требованиями конкретного применения в отношении стоимости, долговечности и других факторов.
Как объясняет ведущий автор и докторант UM Кевин Головин, команда использовала процесс, который радикально отличался от предыдущих исследований в этой области.
«Большинство исследователей материаловедения сосредоточились на определении одной конкретной химической системы, которая была бы настолько прочной и водоотталкивающей, насколько это возможно», – сказал он. «Мы подошли к проблеме иначе, измерив и составив карту основных химических свойств, которые делают водоотталкивающее покрытие долговечным.
И некоторые результаты нас удивили."
Например, большинство гидрофобных покрытий состоит из двух основных ингредиентов: активной молекулы, обеспечивающей водоотталкивающие свойства, и связующего. Как правило, исследователи предполагали, что использование более прочных ингредиентов сделает покрытие более прочным.
Но команда Тутеи обнаружила, что это не всегда так.
Они обнаружили, что даже более важным, чем долговечность, является свойство, называемое «частичная смешиваемость», или способность двух веществ частично смешиваться вместе.
Другой ключевой переменной, обнаруженной командой, является стабильность водоотталкивающей поверхности.
Большинство водоотталкивающих покрытий работают, потому что их поверхность имеет очень специфическую геометрию, часто микроскопические столбики. Капли воды скапливаются на концах этих столбов, создавая под ними воздушные карманы, которые лишают воду твердого места для отдыха и заставляют ее легко скатываться. Но такие поверхности имеют свойство быть хрупкими – легкое истирание или даже давление самой воды могут повредить их.
Исследование команды показало, что слегка податливая поверхность может избежать этой ловушки – даже если она кажется менее прочной, ее податливые свойства позволяют ей отскакивать от повреждений.
По оценкам Tuteja, покрытия будут доступны для использования до конца 2017 года для таких областей применения, как водоотталкивающие ткани и покрытия, наносимые распылением, которые могут быть приобретены непосредственно потребителями.