Можно ли создать супергидрофобный материал? Исследования влияние геометрии и состава на смачиваемость микроструктур

Представьте мир, где грязь сама соскальзывает с окон, корпуса кораблей остаются чистыми от обрастаний, а солнечные панели работают с максимальной эффективностью даже после песчаной бури. Фантастика? Возможно, совсем скоро это станет реальностью благодаря исследованиям в области управления взаимодействием жидкостей с поверхностями на микроскопическом уровне.

Ученые из Центра микро- и нанотехнологий Квинсленда при Университете Гриффита сделали важный шаг в этом направлении. Их работа, опубликованная в журнале Advanced Materials Interfaces, фокусируется на так называемых реентеральных микроструктурах — крошечных архитектурных элементах на поверхности материала, способных диктовать, как жидкость будет с ней взаимодействовать.

Долгое время считалось, что гидрофобность, то есть способность отталкивать воду, в первую очередь определяется химическим составом материала. Исследование австралийских ученых переворачивает это представление. Оказывается, решающую роль играет не столько сам материал, сколько форма и расположение микроструктур на его поверхности.

Представьте себе лес из микроскопических грибов. Если шляпки расположены близко друг к другу, капля воды легко растечется по ним, как по мокрому асфальту. Но если увеличить расстояние между «грибами», между ними образуются воздушные карманы, которые не дают жидкости проникнуть вглубь. Поверхность становится подобна воздушной подушке, с которой вода просто скатывается.

Ученые экспериментировали с двумя материалами — диоксидом кремния (SiO₂) и карбидом кремния (SiC). SiC традиционно считается гидрофобным, но эксперименты показали, что манипулируя реентеральными микроструктурами, можно добиться гораздо более выраженного эффекта, чем просто используя «гидрофобный» материал с неэффективной микроструктурой.

Это открытие имеет колоссальный потенциал для самых разных областей. Самоочищающиеся поверхности для зданий, транспорта и солнечных батарей, импланты с повышенной биосовместимостью, защитные покрытия для электроники, работающей в экстремальных условиях — вот лишь несколько примеров.

Работа ученых из Университета Гриффита — это не просто очередной шаг в науке о материалах. Это фундаментальное изменение взгляда на взаимодействие жидкостей и твердых тел, открывающее дорогу к созданию принципиально новых материалов с заданными свойствами. В будущем управление жидкостями на микроуровне может стать таким же обыденным делом, как управление электричеством или светом.