العلماء يبتكرون السطح الأكثر مقاومة للماء في العالم | علم المواد

ابتكر العلماء أكثر الأسطح مقاومة للماء في العالم، وهو تطور يمكن أن يلغي المهام المنزلية ويحدث ثورة في الصناعة.

طوّر فريق بحثي في ​​فنلندا، بقيادة روبن راس من جامعة آلتو، وبمساعدة باحثين من جامعة يوفاسكولا، آلية لجعل قطرات الماء تنزلق من الأسطح بكفاءة غير مسبوقة.

يتأثر الطهي والنقل والبصريات ومئات التقنيات الأخرى بكيفية التصاق الماء بالأسطح أو انزلاقها منها، كما أن اعتماد الأسطح المقاومة للماء في المستقبل يمكن أن يؤدي إلى تحسين العديد من التقنيات المنزلية والصناعية، مثل السباكة والشحن وصناعة السيارات. .

ابتكر فريق البحث أسطحًا صلبة من السيليكون بطبقة خارجية “شبيهة بالسائل” تطرد الماء عن طريق جعل القطرات تنزلق من الأسطح. تعمل الطبقة الخفيفة عالية الحركة كمواد تشحيم بين المنتج وقطرات الماء.

يتحدى هذا الاكتشاف الأفكار الموجودة حول الاحتكاك بين الأسطح الصلبة والماء، ويفتح طريقًا جديدًا لدراسة الانزلاق على المستوى الجزيئي.

وقال ساكاري ليبيكو، المؤلف الرئيسي للدراسة، التي نُشرت في مجلة Nature Chemistry يوم الإثنين: “عملنا هو المرة الأولى التي ينتقل فيها أي شخص مباشرة إلى مستوى النانومتر لإنشاء أسطح غير متجانسة جزيئيًا”.

ومن خلال ضبط الظروف بعناية، مثل درجة الحرارة ومحتوى الماء، داخل المفاعل، تمكن الفريق من ضبط مقدار سطح السيليكون الذي تغطيه الطبقة الأحادية.

قال راس: “أجد أنه من المثير للغاية أنه من خلال دمج المفاعل مع مقياس القطع الناقص، يمكننا مشاهدة الطبقات الأحادية المجمعة ذاتيًا وهي تنمو بمستوى غير عادي من التفاصيل.

“أظهرت النتائج مزيدًا من الانزلاق عند استخدام SAM [self-assembled monolayer] كانت التغطية منخفضة أو عالية، وهي أيضًا الحالات التي يكون فيها السطح أكثر تجانسًا. في التغطية المنخفضة، يكون سطح السيليكون هو العنصر الأكثر انتشارًا، وفي التغطية العالية، تكون صواريخ سام هي الأكثر انتشارًا.

وأضاف ليبيكو: “كان من غير البديهي أنه حتى التغطية المنخفضة أدت إلى انزلاق استثنائي”.

وباستخدام الطريقة الجديدة، انتهى الفريق إلى إنشاء السطح السائل الأكثر انزلاقًا في العالم.

وفقًا لليبيكو، يعد هذا الاكتشاف بأن يكون له آثار حيثما تكون هناك حاجة إلى أسطح طاردة للقطيرات. يغطي هذا مئات الأمثلة من الحياة اليومية إلى البيئات الصناعية.

“أشياء مثل نقل الحرارة في الأنابيب، وإزالة الجليد ومكافحة الضباب هي استخدامات محتملة. وسوف يساعد أيضًا في علم الموائع الدقيقة، حيث يجب تحريك القطرات الصغيرة بسلاسة، وفي إنشاء أسطح ذاتية التنظيف. وقال ليبيكو: “آليتنا غير البديهية هي طريقة جديدة لزيادة حركة القطيرات في أي مكان تحتاج إليه”.

ويخطط الفريق الآن لمواصلة تجربة إعداد الطبقة الأحادية ذاتية التجميع وتحسين الطبقة نفسها.

“المشكلة الرئيسية في طبقة SAM هي أنها رقيقة جدًا، ولذلك فهي تتفرق بسهولة بعد الاتصال الجسدي. وقال ليبيكو: “لكن دراستها تمنحنا المعرفة العلمية الأساسية التي يمكننا استخدامها لإنشاء تطبيقات عملية دائمة”.

سبق أن قام باحثون من جامعة آلتو بتطوير تقنيات مقاومة للماء. وفي عام 2020، قاموا بتطوير سطح مصفح مقاوم للماء للغاية، وهي مادة فعالة للغاية تستخدم في البيئات الطبية لصد الماء، وبالتالي منع انتشار البكتيريا والفيروسات ومسببات الأمراض الأخرى.

يمكن أن تتلف الأسطح شديدة الكارهة للماء بسهولة، مما يقلل من فعاليتها بشكل كبير. إن الطلاء المدرع الذي طوره فريق البحث جعل هذه الأسطح أكثر متانة، مما منع انتشار مسببات الأمراض.