Chemiker enthüllen die glatteste wasserabweisende Oberfläche aller Zeiten

Der Rücken einer Ente ist nicht das einzige rutschige Oberflächenwasser, durch das sie schlüpfen kann. Forscher haben eine neue Methode entwickelt, Oberflächen mit einer flüssigkeitsähnlichen Schicht zu überziehen, um sie glatter zu machen.

Das Forschungsteam in Finnland unter der Leitung von Sakari Lipikko von der Aalto-Universität hat einen Reaktor zur Erzeugung der Oberflächen entwickelt, die als selbstorganisierte Monoschichten oder SAM bezeichnet werden. Diese Monoschichten haben eine flüssigkeitsähnliche Oberfläche, die durch Schichten von Molekülen entsteht, die kovalent an ein Stück Silikon gebunden sind, auf die gleiche Weise, wie flüssige Moleküle zusammengehalten werden.

Dadurch wird die Oberflächenreibung erheblich reduziert, sodass Wassertropfen leichter abrutschen können. Forscher bezeichnen dieses Herstellungsverfahren als das erste seiner Art. Es war das Papier, das ihre Forschung dokumentierte veröffentlicht heute in Naturchemie.

„Unsere Arbeit ist das erste Mal, dass jemand direkt auf die Nanometerebene gegangen ist, um molekular heterogene Oberflächen zu erzeugen“, sagte Lebeko in seiner Forschung. Pressemitteilung. „Das Hauptproblem der SAM-Schicht besteht darin, dass sie sehr dünn ist und sich daher nach physischem Kontakt leicht verteilt. Aber wenn wir sie studieren, erhalten wir grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse, die wir nutzen können, um dauerhafte, praktische Anwendungen zu schaffen.“

Lipico und seine Kollegen stellten SAMs mithilfe eines Dampfabscheidungsreaktors her, einer Maschine, die durch Kondensieren verdampfter Materialien dünne Materialschichten auf Oberflächen abscheidet. In diesem Fall wurde die Silikonoberfläche mit einer Chemikalie namens Octyltrichlorsilan besprüht, um eine flüssigkeitsähnliche Oberfläche zu erzeugen. Durch Variation der Verweildauer des Silikonmaterials im Reaktor konnten die Forscher das SAM-System mehr oder weniger rutschig machen.

Beim Testen dieser Oberflächen stellte das Team fest, dass kurze Wachstumszeiten (etwa 30 Sekunden) und längere Wachstumszeiten (über vier Stunden) im Vergleich zu durchschnittlichen Wachstumszeiten glattere Oberflächen erzeugten. Kürzere Wachstumszeiten führten dazu, dass sich Wassertröpfchen auf der Oberfläche ausbreiteten, während längere Wachstumszeiten dazu führten, dass sich mehr Tröpfchen bildeten.

„Die Ergebnisse zeigten mehr Schlupf, wenn die SAM-Abdeckung niedrig oder hoch war, was auch Fälle sind, in denen die Oberfläche homogener ist“, sagte Lebeko in der Erklärung. „Es war kontraintuitiv, dass selbst eine geringe Deckung zu außergewöhnlichem Slippage führte.“

Die Erforschung von Möglichkeiten, Oberflächen rutschiger zu machen, mag unverschämt und lächerlich erscheinen, aber diese Forschung hat viele gemeinsame Anwendungen. Im Jahr 2016 wurde es von einem Forschungsteam der Pennsylvania State University etabliert 2,5 Mikrometer dicke Beschichtung, inspiriert von der wachsartigen Beschichtung von PflanzenDadurch können dickflüssige Flüssigkeiten wie Ketchup und Senf direkt von der Oberfläche gleiten. Leppico weist darauf hin, dass die Forschung seines Teams neben der Schaffung selbstreinigender Oberflächen auch praktische Eigenschaften wie Enteisung und Antibeschlag als potenzielle Anwendungen für die Boden-Luft-Raketen bietet, an denen sein Team gearbeitet hat.

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