Ученые превратили сажу в идеальный водо- и маслоотталкивающий лак
2 декабря 2011 года
Немецкие физики использовали обычную свечную сажу для создания лакокрасочного покрытия, которое одинаково эффективно отталкивает воду и маслянистые жидкости, и опубликовали "рецепт" изготовления этого вещества в статье в журнале Science.
Многие ученые и инженеры посвятили себя созданию покрытия или материала, который идеально отталкивал не только воду, но и другие типы жидкости - масло, кровь, спирты и другие органические вещества. Так, в сентябре 2011 года Джоанна Айзенберг и ее коллеги из Гарвардского университета создали такую пленку на основе технологии, которую ученые "подсмотрели" у гладких листьев плотоядного растения непентес.
Группа ученых под руководством Дориса Фолльмера (Doris Vollmer) из Института изучения полимеров Общества Макса Планка в городе Майнц (Германия) обратила свое внимание на другой обыденный объект окружающего нас мира - свечную сажу.
Физики заметили, что пленка сажи, которую пламя свечи оставляет на поверхности стекла при достаточно долгом соприкосновении, обладает хорошими водо- и маслоотталкивающими свойствами.
Они проанализировали ее химическую и пространственную структуру при помощи сканирующего электронного микроскопа и обнаружили, что пленка состоит из микроскопических частиц углерода диаметром в 30-40 нанометров. Эти фрагменты расположены в виде запутанного леса из углеродных хвостов, которая на языке науки называется "сетью фракталоподобных частиц".
Несмотря на великолепные водоотталкивающие свойства, пленка из сажи несовершенна - она легко распадается на части из-за отсутствия прочных связей между углеродными комочками.
Фолльмер и его коллеги преодолели эту проблему - они скрепили слой сажи при помощи тонкой кремниевой оболочки. Они поместили пленки сажи в эксикатор - сушильную машину - вместе с емкостями с растворами аммиака и тетраэтил-ортосиликата (ТЭОС) - соединения кремния, кислорода и хвостов этилена.
Пары ТЭОС осадились на пленку и распались на составляющие под действием аммиака, в результате чего на поверхности сажи остались только атомы кремния. Ученые прогревали полученный материал при температуре 600 градусов Цельсия в течение двух часов до того момента, как угольно черная сажа стала полностью прозрачной.
Затем ученые повторили процесс, заменив емкость с ТЭОС сосудом с соединением кремния, фтора и водорода. Физики проверили свойства нового материала.
Оказалось, что капля воды скатывается с его поверхности, если пластинку суперлака приподнять всего на 1 градус. Как отмечается в статье, ученым было крайне сложно нанести каплю на их изобретение, так как она сразу "убегала" на другие, более гостеприимные материалы.
Масло и другие органические жидкости не были проблемой для "сажи" Фолльмера и его коллег - максимальный угол скатывания составлял всего 5 градусов.
Кроме того, данный материал обладает неплохими механическими свойствами - суперлак сохраняет свои свойства даже при температуре в 400 градусов Цельсия. Пластинка толщиной в 3 микрометра поглощает меньше света, чем стекло, что делает этот материал пригодным для покрытия очков и других оптических устройств.
После этого ученые попытались исцарапать свое изобретение при помощи песка - поверхность суперлака покрылась крупными царапинами, но он не потерял свои свойства.
Авторы статьи полагают, что их изобретение найдет широкое применение в промышленности и науке - этот лак можно нанести не только на стекло, но и на алюминий, медь, нержавеющую сталь или другие сплавы.