Главная Наука и технологии В Томске сделали «умный» материал с настраиваемой смачиваемостью

В Томске сделали «умный» материал с настраиваемой смачиваемостью

0
0
4

Ученые из Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института химической технологии в Праге создали материал, смачиваемостью которого можно управлять с помощью электрического поля. Подобные материалы могут применяться, например, для создания самоочищающихся покрытий. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces.

Смачиванием называют процесс взаимодействия жидкости с поверхностью твердого тела. Если поместить воду на чистое обезжиренное стекло, она растечется по поверхности очень тонким слоем — это пример хорошей смачиваемости, такую поверхность называют гидрофильной («любящей воду»). А вот на поверхности парафина вода не будет растекаться, а наоборот, останется в виде шарообразной капли — это плохая смачиваемость, такую поверхность называют гидрофобной («боящейся воды») Более точно оценить смачиваемость можно посредством измерения краевого угла. Так называют угол между касательной к поверхности капли и твердой поверхностью.

Краевые углы меньше 90 градусов соответствуют гидрофильным поверхностям, больше 90 градусов — гидрофобным. Смачиваемость можно определять и для других жидкостей, причем для некоторых (масло, бензин) она будет существенно отличаться от водной. Подбор смачиваемости материала очень важен при создании влагостойких, морозостойких, а также быстро набирающих популярность самоочищающихся покрытий.

В Томске сделали «умный» материал с настраиваемой смачиваемостью

Команде российских и чешских химиков удалось создать материал, смачиваемостью которого можно управлять с помощью электрического поля. Основу материала ученые сделали из проводящих полимеров, которые позволяют подключать материал к источнику электричества. К поверхности полимеров химически привязали разные функциональные группы — карбоксильные группы -СООН (эти группы содержат полярные связи кислород-водород, то есть похожи на воду и должны обеспечивать гидрофильное взаимодействие) либо длинные углеводородные «хвосты», замещенные фтором C8F17 (эти группы больше похожи на парафин и должны обеспечивать гидрофобное взаимодействие). Затем ученые измерили смачиваемость поверхности разными жидкостями: водой, глицерином, маслом — как в исходном состоянии, так и в электрическом поле.

Оказалось, что приложенное поле заметно влияет на смачиваемость — практически во всех случаях она улучшалась. Особенно ярко эта особенность проявилась для полимера, модифицированного углеводородными «хвостами» при смачивании его водой. Без поля этот полимер очень плохо смачивается (контактный угол равен 160 градусам), но, приложив потенциал в 1,2 вольта, ученым удалось добиться контактного угла в 70 градусов, то есть положительной смачиваемости.

Дело в том, что под действием поля структура полимера меняется и пришитые к поверхности гидрофобные «хвосты» уходят вглубь полимерного слоя. Смачиваемость водой от этого резко улучшается. Более того, ученые показали, что, если поле отключить, полимер быстро вернется в первоначальное положение — «хвостами наружу» — и смачиваемость вновь ухудшится. Этот процесс полностью обратим, и его можно повторять много раз, а само «переключение» занимает меньше секунды. Все это делает новый полимер очень перспективным материалом для самоочищающихся покрытий: достаточно будет переключить его в гидрофобный «режим», чтобы вода и водорастворимые загрязнения просто скатились с поверхности.

Источник

Загрузить больше публикаций
Загрузить еще от Денис Владимиров
Загрузить еще в Наука и технологии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.