REKLAMA

Newsletter

Dołącz do newslettera:
Zaznacz, jakie informacje Cię interesują:

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych przez wydawcę serwisu rynekfarb.pl w celu realizacji usługi „Newsletter rynekfarb.pl". Zapoznałem/zapoznałam się z pouczeniem dotyczącym prawa dostępu do treści moich danych i możliwości ich poprawiania. Jestem świadom/świadoma, iż moja zgoda może być odwołana w każdym czasie, co skutkować będzie usunięciem mojego adresu e-mail z listy dystrybucyjnej usługi.

Potwierdzam zaznajomienie się z Instrukcją dla subskrybentów oraz z Polityką prywatności.

Kliknij i zapisz się bezpłatnie do naszego newslettera ›

Superhydrofobowe nanopowłoki w walce z lodem

Dzięki owocom intensywnych badań naukowców nad „lodofobowymi” powłokami być może wkrótce problem oblodzonych powierzchni odejdzie definitywnie w zapomnienie. Ważnym orężem w tej walce są zyskujące coraz bardziej na znaczeniu nanotechnologie.

fot. Littleman (rgbstock.com)

Lista kłopotów, jakie może sprawiać lód, jest długa. Nie dość, że wpływa niekorzystnie na funkcjonalność takich elementów jak skrzydła samolotów, burty statków, turbiny silników, przewody elektryczne czy części platform wiertniczych, to w dodatku stwarza duże niebezpieczeństwo dla osób pracujących na śliskich, oblodzonych powierzchniach.

Do tradycyjnych sposobów radzenia sobie z tym problemem należą nanoszenie na podłoże substancji odladzających – soli (chlorku sodu, chlorku wapnia, chlorku magnezu) lub glikoli – a także aktywacja miniaturowych cewek wbudowanych w powierzchnię, wydzielających ciepło zapobiegające tworzeniu się lodu. Obydwa te rozwiązania nie są jednak w pełni satysfakcjonujące – pierwsze ponieważ wymaga bezustannych prac związanych z jego aplikacją, a także ze względu na możliwą toksyczność niektórych wykorzystywanych w tym celu środków chemicznych, z drugim natomiast wiąże się duży nakład energii elektrycznej, a więc – duży koszt. Naukowcy skupili się więc obecnie na opracowaniu powłoki, która dzięki swej budowie i składowi będzie zapobiegała tworzeniu się lodu. Jest to sposób na zduszenie problemu w samym zarodku.

Kluczowym pojęciem przy projektowaniu tego typu powłok jest kąt zwilżania. Jeśli ma on niewielką wartość to ciecz bez problemu przylega do powierzchni. W przypadku gdy cieczą tą jest woda, mówimy wówczas o materiale hydrofilowym. Duży kąt zwilżania przy kontakcie powierzchni z wodą obserwuje się natomiast dla materiałów hydrofobowych. Jak można się domyślić, w wypadku powłoki zapobiegającej oblodzeniu zależy nam na hydrofobowości materiału – w takim wypadku woda nie osiada na jego powierzchni, ale natychmiast spływa, a dzięki temu lód nie zdąży się utworzyć.

Powierzchnie hydrofobowe to takie, dla których kąt zwilżania jest większy niż 90°. Istnieją jednak również materiały nazywane superhydrofobowymi, które ekstremalnie „nie lubią” wody – w ich wypadku kąt zwilżania przekracza 150°. Wykazują one więc dużo większe powinowactwo do fazy gazowej niż ciekłej. Powoduje to, że w obecności wody między podłożem a cieczą tworzy się powietrzny film. Tak powstałe, wypełniające zagłębienia materiału „poduszki” sprawiają, że uformowanie lodu i jego silna adhezja do powierzchni po prostu nie są możliwe. Rozwiązanie to już od dawna wykorzystuje natura – superhydrofobowe są liście lotosu, dzięki czemu stale zachowują czystość (cząstki brudu zostają spłukane z powierzchni przez spływające krople wody).

Wbrew początkowym przewidywaniom naukowców, okazuje się jednak, że sama superhydrofobowość nie wystarczy. Jak wykazały badania grupy profesora DiGao z Uniwersytetu Pittsburskiego oraz grupy profesora Varansi z MIT, konieczna jest również odpowiednia morfologia podłoża. Profesor DiGao w swoim eksperymencie zbadał pod kątem właściwości „lodofobowych” powłoki z polimerowego kompozytu, które różniły się wielkością cząstek na powierzchni – średnice cząstek wynosiły odpowiednio 20 nm, 50 nm, 100 nm, 1 μm, 10 μm i 20 μm. Zgodnie z wynikiem badania wszystkie powłoki z wyjątkiem tej o cząstkach 20 μm były superhydrofobowe, jednak skutecznie zapobiegały formowaniu się lodu tylko dwie z nich – 20 nm i 50 nm. Można to wytłumaczyć na podstawie mechanizmu tworzenia się lodu, który to proces jest przykładem zarodkowania heterogenicznego. Nowa faza (czyli lód) zaczyna się tworzyć i rozrastać w sposób niekontrolowany, gdy zarodek krystalizacji (skupisko gromadzących się w zagłębieniu powierzchni cząsteczek wody) przekroczy pewną wielkość krytyczną. Zgodnie z obliczeniami w warunkach eksperymentu grupy profesora DiGao ten krytyczny promień zarodka wynosił nieco ponad 20 nm, dlatego też w powłokach o cząstkach znacznie przekraczających tę granicę były obecne duże zagłębienia w których mogły się ulokować zarodki krystalizacji. I te nie spełniały już one dobrze swojej funkcji. Przeciwnie – jak udowodnił zespół z MIT, na materiałach z takimi powłokami tworzy się w środowisku o wysokiej wilgotności warstwa szronu, która tym bardziej sprzyja formowaniu się lodu.

Po raz kolejny więc do akcji wkraczają nanotechnologie. Fabrycznie nadając powierzchni odpowiednią nanostrukturę, można w łatwy i niedrogi sposób zapewnić ochronę przeciwko oblodzeniu nawet elementom o bardzo dużej powierzchni.

Uczynionym w tym roku krokiem do przodu jest opracowana przez badaczy z Harvardu technologia SLIPS (ang. Slippery Liquid Infused Porous Surfaces) dla ochrony przed oblodzeniem powierzchni metalowych. Tu z kolei na bazie nanostrukturalnej, porowatej powłoki polimerowej naniesionej na metal powstaje cienka, supergładka warstwa przejściowa lubrykantu, po której krople wody łatwo się ześlizgują. Uzyskane przez zespół profesor Joanny Aizenberg wyniki są bardzo zadowalające i stanowią podstawę do komercyjnego wykorzystania tego rozwiązania.

Bibliografia:

Czytaj również

Oceń artykuł:
Oceń pozytywnieOceń negatywnie
100%
0%
Ocen: 1
Loading...Loading...
Napisz do redakcji
Podziel się

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Możesz użyć następujących tagów oraz atrybutów HTML-a: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

 REKLAMA