Istraživači su razvili novi mehanizam da kapljice vode klize sa površina i opisuju ga u radu objavljenom u časopisu Priroda hemije. Ovo otkriće dovodi u pitanje postojeće ideje o trenju između čvrstih površina i vode i otvara novi put za proučavanje klizavosti kapljica na molekularnom nivou. Nova tehnika ima primenu u nizu oblasti, uključujući vodovod, optiku i automobilsku i pomorsku industriju.
Svuda oko nas voda je uvek u interakciji sa čvrstim površinama. Kuvanje, transport, optika i stotine drugih tehnologija utiču na to kako se voda lepi za površine ili klizi sa njih. Razumevanje molekularne dinamike ovih mikroskopskih kapljica pomaže naučnicima i inženjerima da pronađu načine da poboljšaju mnoge kućne i industrijske tehnologije.
Površine slične tečnosti su nova vrsta površine koja odbija kapljice i nudi mnoge tehničke prednosti u odnosu na tradicionalne pristupe – tema koju je nedavno pregledao u Nature Revievs Chemistri profesor Univerziteta Aalto Robin Ras. Imaju molekularne slojeve koji su veoma pokretni, ali kovalentno vezani za podlogu, dajući čvrstim površinama kvalitet poput tečnosti koji deluje kao sloj maziva između kapljica vode i same površine.
Istraživački tim koji je predvodio Ras koristio je posebno dizajnirani reaktor da stvori sloj molekula nalik tečnosti, nazvan samo-sastavljeni monoslojevi (SAM), na vrhu površine silikona.
„Naš rad je prvi put da je neko otišao direktno na nanometarski nivo da bi stvorio molekularno heterogene površine“, kaže doktorski istraživač Sarkari Lepikko, vodeći autor studije.
Pažljivim podešavanjem uslova kao što su temperatura i sadržaj vode unutar reaktora, tim je mogao fino da podesi koliko površine silikona pokriva monosloj.
„Smatram da je veoma uzbudljivo da integracijom reaktora sa elipsometrom možemo gledati kako samosastavljeni monoslojevi rastu sa izuzetnim nivoom detalja“, kaže Ras.
„Rezultati su pokazali više klizavosti kada je pokrivenost SAM-om bila niska ili visoka, što su takođe situacije kada je površina najhomogenija. Pri maloj pokrivenosti, površina silikona je najzastupljenija komponenta, a pri visokoj SAM-ovi su najzastupljeniji.“
„Bilo je kontraintuitivno da je čak i mala pokrivenost donela izuzetnu klizavost“, nastavlja Lepikko.
Pri maloj pokrivenosti, voda postaje film preko površine, za koji se smatralo da povećava količinu trenja. „Otkrili smo da, umesto toga, voda slobodno teče između molekula SAM-a pri maloj pokrivenosti SAM-om, klizi sa površine. A kada je pokrivenost SAM-om visoka, voda ostaje na vrhu SAM-a i isto tako lako klizi. samo između ova dva stanja voda se drži za SAM i drži se za površinu.“
Nova metoda se pokazala izuzetno efikasnom, jer je tim stvorio najklizaviju tečnu površinu na svetu.
Otkriće obećava da će imati implikacije gde god su potrebne površine koje odbijaju kapljice. Prema Lepikko, ovo pokriva stotine primera od svakodnevnog života do industrijskih rešenja.
„Stvari poput prenosa toplote u cevima, odmrzavanja i zamagljivanja su potencijalne upotrebe. Takođe će pomoći u mikrofluidima, gde male kapljice treba da se pomeraju glatko, i u stvaranju površina koje se samo čiste. Naš kontraintuitivni mehanizam je novi način da povećate mobilnost kapljica gde god je to potrebno“, kaže Lepikko.
Zatim, tim planira da nastavi sa eksperimentisanjem sa svojom samosklopljivom postavkom monosloja i poboljša sam sloj. Lepikko je posebno uzbuđen zbog informacija koje je ovaj rad pružio za buduće inovacije.
„Glavni problem sa SAM premazom je to što je veoma tanak, pa se lako raspršuje nakon fizičkog kontakta. Ali njihovo proučavanje nam daje fundamentalna naučna znanja koja možemo koristiti za kreiranje trajnih praktičnih aplikacija.“
Istraživanje je koristilo nacionalnu istraživačku infrastrukturu OtaNano i sprovela ga je grupa za meku materiju i vlaženje na Odeljenju za primenjenu fiziku, koja je takođe proizvela druge pionirske vodoodbojne materijale.
Istraživači sa Univerziteta Jivaskila takođe su doprineli ovoj studiji.
