Powierzchnia ma znaczenie – udowadniają niemieccy naukowcy. Opracowali oni specjalną metodę wytrawiania powierzchni metali, która nadaje im różne właściwości funkcjonalne, ale zupełnie nie wpływa na stabilność mechaniczną. Swoją technikę nazywają „rzeźbieniem w skali nano”.
Fot. Julia Siekmann / CAU
Zaproponowana przez badaczy z Uniwersytetu Christiana-Albrechta w Kilonii technologia opiera się na wytrawianiu elektrochemicznym – kształtowaniu struktury najbardziej nawierzchniowej warstwy materiału. Dzięki temu „rzeźbieniu” powierzchni metale takie jak aluminium, tytan czy cynk można trwale połączyć praktycznie z każdym innym materiałem, uczynić je hydrofobowymi lub poprawić ich biokompatybilność.
Godzenie skłóconych metali
Jak wyjaśnia dr Jürgen Carstensen, zastosowana metoda była wcześniej wykorzystywana tylko dla półprzewodników. Naukowcom udało się jednak nadać warstwie nawierzchniowej metalu właściwości półprzewodnika, dzięki czemu można ją potem na różne sposoby modyfikować. Choćby łączyć „skłócone ze sobą” metale, takie jak miedź i aluminium, nie wpływając w żaden sposób na ich stabilność mechaniczną.
Właściwości mechaniczne w objętości materiału nie zmieniają się, ponieważ powierzchnia jest kształtowana na bardzo niewielkiej grubości, od 10 do 20 μm – czyli ok. jednej czwartej średnicy ludzkiego włosa. Ponadto ukierunkowane wytrawianie pozwala usunąć z powierzchni te kryształy i ziarna metaliczne, które wykazują mniejszą stabilność.
Efekt lotosu na czystym metalu
Zmianę widać gołym okiem – wytrawiona powierzchnia staje się matowa, podobnie jak po tarciu papierem ściernym. Na powierzchni tworzą się małe haczyki. Jeśli między dwoma tak obrobionymi metalami zastosuje się przejściową warstwę polimeru, dopasowują się jak trójwymiarowe puzzle.
Połączenie jest bardzo wytrzymałe. Jak zapewniają badacze, podczas badań mechanicznych częściej pękał sam metal lub sam polimer, niż miejsce ich styku. Na stabilność połączenia nie wpłynęła też wilgoć i wysoka temperatura.
I jeszcze szczęśliwy skutek uboczny wytrawiania – poddana takiej obróbce powierzchnia staje się wodoodporna. Tworzy się na niej bowiem miniaturowy labirynt, w którego szczeliny woda nie jest w stanie wniknąć. A to oznacza dodatkową ochronę przed korozją. Efekt lotosu na czystym metalu? Bez powłoki? Tak, okazuje się, że to możliwe.
Zastosowania – od samolotów po implanty
Potencjalnych zastosowań tej techniki jest bardzo wiele – od obróbki metali przez budowę statków czy samolotów aż po druk i ochronę przeciwogniową. Duże możliwości daje też jej zastosowanie w medycynie. Wytrawianie może bowiem pomóc usunąć z powierzchni szkodliwe cząsteczki.
Jako przykład potencjalnego wykorzystania swojej technologii naukowcy wymieniają szeroko stosowany w medycynie tytan. Obecnie, aby dokonać fiksacji w miejscu wszczepu, standardowo dodaje się do niego małe ilości aluminium – to może jednak spowodować niepożądane efekty uboczne w obrębie tkanek. Opracowana metoda wytrawiania pozwala pozbyć się aluminium z powierzchni. Dzięki temu implant jest bardziej przyjazny dla organizmu, a równocześnie jego doskonała stabilność mechaniczna nie ulega zmianom.
Źródło: european-coatings.com
