Enam pole vajadust puhastada prille ning määrdunud tuuleklaasid kuuluvad nüüdsest minevikku. Uurijad Max Plancki Instituudist ja Darmstadti Tehnikaülikoolist on nüüd isepuhastuva klaasi loomisele lähedale jõudnud. Nad kasutasid küünlatahma, et luua klaasist läbipaistev ülimalt mittemärguv kattekiht. Nii õli kui ka vesi rulluvad sellelt kattelt nii, et ei jäta endast midagi maha. See nähtus pidas paika isegi siis, kui uurijad kahjustasid kihti liivapritsiga. Aine seesugune omadus on tingitud selle nanostruktuurist. Selle kihiga kaetud pindu oleks võimalik kasutada kus iganes reostumine või isegi veekile on kas kahjulik või lihtsalt tüütuseks.
Doris Vollmer, uurimustöö grupi juht Max Plancki Polümeeride Uurimustöö Instituudist, vihkab, et tema prillid määrduvad kiiresti. Seega otsib ta sellele probleemile lahendust ning ta on oma meeskonnaga lahenduse leidmisele oluliselt lähemale jõudnud kui eales varem. Läbipaistev kate, mis tõrjub väga hästi vett ja õli, hoiaks vett ja mustust ära prilliklaasidelt ja auto tuuleklaasidelt ning samuti ka pilvelõhkujate klaasfassaadidelt. Selle abil oleks ka võimalik ennetada vere või saastunud vedelike jääkide esinemist meditsiinilistel seadmetel, kirjutab Physorg.com.
Pind, millelt õli ja vesi eemale põrkuvad: ülimalt mittemärguvat katet ei märga isegi madala viskoossusega õli heksadekaan, mis tavapäraselt laieneb isegi mitte-kleepuvale pinnakattele. Seega põrkub selle vedeliku piisk pinnalt peaaegu täiusliku kerana enne, kui jõuab sellel peatuda. Üli-amfifoobsed omadused on tingitud käsna-sarnastest klaasistruktuuridest, mille arendasid välja teadlased Max Plancki Instituudist. Pilt: Science / Xu Deng - MPI for Polymer Research
Kate koosneb põhiliselt väga lihtsast ainest – kvartsist, mis on klaasi põhikoostisosa. Teadlased katsid selle fluorineeritud räniühendiga ning juba see muutis kihiga kaetud pinna vett ja õli tõrjuvaks, justkui mittekleepuva praepanni. Kattekihi ülesehitus on aga tõeliselt kaval. See muudabki klaasi ülimalt vett ja õli tõrjuvaks. Seesuguse kattega praepannil rulluksid vesi ja õli ringi tilkade kujul. Kihi struktuur meenutab käsna – see on justkui labürint täielikult korrastamata pooridest, mis moodustuvad imeväikestest keradest.
Küünla leegi tahm kui poorse klaasistruktuuri mudel
„Ümardatud pindu ei ole võimalik märjata isegi madala viskoossusega õlidega, kuigi see oleks märgamiseks energeetiliselt kõige parem viis,“ sõnas Doris Vollmer. Seda seetõttu, et isegi fluorineeritud pindu märgavad vedelikud peaksid olema surutud üle nende, umbes 60 nanomeetriste mõõtmetega pindade, et moodustada pinnale kile. See aga nõuab liiga palju energiat.
Seesugune pinnakate oleks ideaalne arvukate rakenduste tarbeks ka selle pärast, et seda on väga lihtne toota. „Me võiksime seda valmistada isegi moosipurkidesse,“ väitis Vollmer. Küünla leegi tahm, millest uurijad lõid midagi klaasijäljendi sarnast, oli kerade poorse struktuuri mudeliks. Alustuseks hoidsid teadlased klaasislaidi leegis nii, et umbes 40nm-se läbimõõduga tahma osakesed moodustasid klaasile käsna-sarnase struktuuri. Järgmise sammuna kaeti see klaasist anumas kvartsiga – selleks sobiks isegi moosipurk – sadestades auru abil tahma settele lenduva orgaanilise räniühendi ja ammoniaagi. Kui nad seejärel ainet soojendasid, tahm lagunes. Seejärel sadestasid teadlased auru abil õõnsale kvartsstruktuurile ka fluorineeritud räniühendi.
Käsna-sarnane kvarts, klaasi põhikoostisaine, tõrjub õli ja vett hästi kahel põhjusel. Esiteks – see on kaetud fluorineeritud räniühendiga. Teiseks põhjuseks on selle struktuur: see koosneks justkui loendamatutest minimaalsetest keradest. Kende kerade pinnad hoiavad ära aine märgumise õlidega, isegi kui see oleks energeetiliselt soositum. Pilt: Science / Xu Deng - MPI for Polymer Research
Seejärel üritasid teadlased loodud katet erinevate vedelikega märjata. See aga neil ei õnnestunud, isegi kui nad tilgutasid sellele heksadekaani suurelt kõrguselt; mittekleepuval praepannil levib heksadekaan laiali nagu vesi pesuvannis. „Esialgselt läbistas õli tilk käsnasarnast struktuuri, kuid põrkus siis tagasi nagu kummipall,“ selgitas Doris Vollmer. Osa vedelikust jäi siiski pooridesse ja märgas seda ainet. Kui aga enamus piisast liikus tagasi pinnale aeglasema kiirusega kui üles põrkudes, tõmbas see tagasi välja väikese osa heksanist, mis oli jäänud klaasipooridesse. Lõpuks jäi taasühinenud piisk pinnale lebama nagu väike pall. Uurijad Mainzist testisid üli-amfifoobset kihti kokku seitsme vedelikuga ja leidsid, et ühtki neist ei imanud klaas-käsn endasse.
Süstemaatiline uurimustöö isepuhastuvate katete tarbeks
„Kuna aine tõrjub vett ja õli niivõrd hästi, oleks see isepuhastuvaks katteks sobiv suurele hulgale rakendustele,“ väitis Hans-Jürgen Butt Max Plancki Instituudist. Isegi kui osa kihist eemaldada, jäi klaasistruktuur üli-amfifoobseks. Seda seetõttu, et selle sisemine struktuur on sama kui pinnastruktuur. See kaotab isepuhastuvaid omadusi vaid siis, kui kiht muutub õhemaks kui üks mikromeeter. Täpselt see juhtuks ka üsna varsti praktikas, isegi kui mitme mikromeetri paksust isepuhastuvat käsnastruktuuri kasutataks prilliläätsede või aknaklaaside katmiseks. Kui uurijad lasid õrnale klaasstruktuurile nõriseda liivajoa, kulus pinnakate üsna kiiresti ära. „Järgmise sammuna sooviksime me seega välja arendada kihi, mis on üli-amfifoobne ja parema mehaanilise stabiilsusega,“ sõnas Vollmer.
Seesuguste katete abil soovivad uurijad rohkem teada saada tegurite kohta, mis määravad, kui hästi aine tõrjub vett ja õli. „Me ei tea seda suhet siiani detailselt,“ sõnas Butt. „Üli-amfifoobsete ainete otsimine toimub seega enam-vähem katse-eksituse meetodil.“ Niipea, kui uurijad on saavutanud süstemaatilise arusaama sellest, miks vedelik märgab pinda või mitte, oleksid tööstuslikud firmad võimelised arendama spetsiifilisi isepuhastuvaid pinnakatteid arhitektuuri, optika ja meditsiini rakenduste tarbeks.
Teadusartikkel: ,,Transformation of black candle soot into a transparent robust superamphiphobic coating“
Leave a Reply