Гидрофобность по заказу

Капли воды стремятся принять на поверхности многих растений шарообразную форму.
Источник: de.academic.ru

Прилипание теста к пресс-формам при выпечке хлеба, налипание микроорганизмов к днищу судов, обледенение самолетов, тромбообразование, кариес, загрязнение фасадов домов, стекол, запыление мебели, прилипание жевательной резинки к полу, тротуарам, прочное прилипание лунной пыли к обуви и поверхности скафандров, кому-то не хочется оставлять отпечатки пальцев на различных предметах┘ Как же быть?

Так как большинство типов взаимодействия возникает при очень малых (молекулярных) расстояниях между телами, то один из способов устранения прилипания или уменьшения его – увеличение зазора в системе адгезив–подложка. К примеру, для уменьшения прочности прилипания, или адгезионной прочности (АП), липкого пластыря к коже человека достаточно слегка смочить липкую поверхность водой. Дополнительная толщина водной прослойки приведет к понижению АП. Электростатическое взаимодействие также небезразлично к присутствию водной прослойки, даже тончайшей, – ведь адгезия явление поверхностное.

Другой путь понижения АП – создание специальной топологии или архитектуры поверхности склеивания. Например, листья лотоса и его цветы не загрязняются, так как поверхность их состоит из микровыступов высотой около 10 мкм (10-6 метра), а сами микровыступы покрыты микроволоконцами. Последние содержат слой воскообразного вещества (кутикула). Все это приводит к тому, что вода отталкивается от поверхности лотоса и стекает с него, унося загрязнения. Поэтому издревле лотос считался чистым цветком, почти священным.

Перенимая природный опыт и дополняя его наработанными знаниями, человечество многого добилось в области избавления от прилипания. Надо помнить, что для химиков отходов нет, есть лишь вещества и соединения, не нашедшие пока свою коммерческую нишу, или не доведенные «до ума» материалы. Это касается и материалов антиадгезионного свойства. Наверняка что-то лежит под ногами┘

В последнее время появились оригинальные способы создания поверхностей с антиадгезионными свойствами. Это поверхности подложек с нанесенными на них вертикально углеродными нанотрубками (УНТ). Получаются поверхности по типу лотос-эффекта. Принцип устройства подобных поверхностей прост. Сложите плотно друг к другу ребрами лезвия от безопасной бритвы. Размер кромок лезвий близок к размерам бугорков-выступов на листе лотоса. Если теперь поместить каплю воды на такую поверхность, то капля начнет «бегать» по ней, как капля ртути!

Можно указать и на работы советского физика Якова Гегузина (книга «Капля»), который подметил особенность листьев растений с щетинками: на обратной стороне листа, где расположены устьица, через которые испаряется вода, вода собирается в капли, как в невесомости. И было это задолго до получения поверхностей с уложенными на них УНТ. Гегузиным приведены и условия, при которых капля жидкости будет прилипать к наклонной поверхности или скатываться.

А вот что сделано в последнее время, так это разработаны способы управляемой смачиваемости за счет воздействия внешнего электрического поля, деформации (растяжения) тканей. Получены синтетические ткани, пропитанные полимером с супергидрофобными свойствами, не желающими ничего впитывать. Более того, даже лист лотоса смачивается маслом, а подобные ткани – нет. «Отключение» супергидрофобности достигается при различном растяжении ткани. Угол смачивания подобной ткани водой приближается к 180 градусам (для лотоса – 150–160 градусов).

Китайские ученые создали покрытия по стеклу на основе полистирольных шариков с нанесенным на них 50-нанометровым слоем частичек оксида кремния. Поверхность таких стекол не загрязняется и не запотевает. Работы подобного рода множатся, как снежный ком.

Получены также полноцветные отпечатки узоров на пальцах с визуализацией по принципу работы фотонных кристаллов. Таким образом, появляется возможность более тонких методов дактилоскопии. А любителям избавления от отпечатков пальцев остается работать в перчатках. Правда, можно их не надевать на руки, а наносить полимерную пленку, невидимую глазом. Так, в древности племена майя изготавливали перчатки и носки, окуная руки или ноги в латекс (сок гевеи бразильской). В принципе по схожей технологии до сих пор изготавливают резиновые изделия № 2 (по советской терминологии).