Учени от Технологичния институт в Карлсруе (KIT) и Индийския технологичен институт в Гувахати (IITG) са разработили повърхностен материал, който почти напълно отблъсква водните капки. Използвайки изцяло иновативен процес, те са променили метало-органичните рамки (MOFs) - изкуствено създадени материали с нови свойства - чрез присаждане на въглеводородни вериги.

Получените суперхидрофобни (изключително водоотблъскващи) свойства са интересни за използване като самопочистващи се повърхности, които трябва да са устойчиви на влиянието на околната среда, например при автомобилите или в архитектурата. Изследването е публикувано в списание Materials Horizons.

MOF (метало-органични рамки) се състоят от метали и органични свързващи вещества, които образуват мрежа с празни пори, наподобяваща гъба. Техните обемни свойства - при разгъване на два грама от този материал ще се получи площта на футболно игрище - ги правят интересен материал за приложения като съхранение на газ, отделяне на въглероден диоксид или нови медицински технологии.

Външните повърхности на тези кристални материали също предлагат уникални характеристики, от които изследователският екип се възползва, като присажда въглеводородни вериги върху тънки MOF филми. Те наблюдават ъгъл на контакт с водата от над 160 градуса - колкото по-голям е ъгълът, образуван от повърхността на водната капка с подложката, толкова по-добри са хидрофобните свойства на материала.

„С нашия метод успяваме да постигнем суперхидрофобни повърхности с контактни ъгли, които са значително по-високи от тези на други гладки повърхности и покрития“, заявява професор Кристоф Вьол от Института за функционални интерфейси на KIT. „Въпреки че свойствата на измокряне на MOF прахови частици са били изследвани и преди, използването на монолитни MOF тънки филми за тази цел е новаторска концепция.“

Екипът обяснява тези резултати с подобното на четка разположение (полимерни четки) на въглеводородните вериги върху MOFs. След като бъдат присадени към MOF материалите, те са склонни да образуват „намотки“ - състояние на безпорядък, което учените наричат „състояние на висока ентропия“, което е от съществено значение за хидрофобните им свойства. Учените твърдят, че това състояние на присадените въглеводородни вериги не може да се наблюдава при други материали.

Забележително е, че контактният ъгъл на водата не се е увеличил дори когато за присаждането са използвали перфлуорирани въглеводородни вериги, т.е. заместващи водородните атоми с флуор. В материали като тефлона перфлуорирането води до суперхидрофобни свойства. В новоразработения материал обаче то намалява значително контактния ъгъл на водата, както установява екипът.

По-нататъшните анализи в компютърни симулации потвърждават, че перфлуорираните молекули - за разлика от въглеводородните вериги - не могат да приемат енергийно благоприятното състояние на висока ентропия.

Освен това учените променят грапавостта на повърхността на своите системи SAM@SURMOF в нанометровия диапазон, като по този начин допълнително намаляват силата на сцепление с водата. Дори при изключително малки ъгли на наклона водните капки започнали да се търкалят, а хидрофобните и самопочистващите им свойства били значително подобрени.

Снимка: Unsplash/KIT

Виж още: Скоро може да се сбогувате с Hey Google и да използвате Hey Gemini