Сверхгидрофобный материал

30.01.2015

Лотос считается символом чистоты: вырастая в грязной болотной воде, на свет появляются потрясающе красивые и чистейшие цветы. Казалось бы, что может быть общего между символом чистоты и физикой? Оказывается, общее есть, и называется это научным термином - гидрофобные свойства поверхности. Если поверхность гидрофильна, то по ней вода может спокойно растекаться и образовывать равномерную пленку (пример такой поверхности - стекло). Но если пролить несколько капель воды на тефлоновую сковородку, они не будут прилипать к поверхности, а если ее наклонить на определенный угол, то капли начнут скатываться - это пример гидрофобной поверхности.

Листья лотоса - это природная супергидрофобная поверхность, она не намокает в воде, а капли скатываются с нее, унося с собой частички пыли и грязи, очищая растения. Листья лотоса - это природная супергидрофобная поверхность, она не намокает в воде, а капли скатываются с нее, унося с собой частички пыли и грязи, очищая растения.

А есть еще такое свойство, как супергидрофобность. На таких поверхностях капли воды совсем не могут закрепиться, и начинают скатываться с нее при совсем небольших углах наклона. Например, капли росы на траве имеют сферическую форму, поверхность как бы отталкивает воду, не давая ей себя намочить. Листья лотоса - это самый красивый пример супергидрофобной поверхности, созданной природой. Секрет кроется в микростроении листьев, они не только отталкивают воду, но и способствует самоочищению растения. Капли воды, скатываясь с поверхности листа, уносят с собой частички пыли и грязи, оставляя цветок идеально чистым. Кстати, таким же свойством обладают крылья бабочек и других насекомых, иначе они просто не смогли бы летать под тяжестью налипшей пыли.

Человек научился делать искусственные гидрофобные поверхности, которые никак не смачиваются водой. Но два физика из университета Рочестера, Анатолий Воробьев и Чан-Ли Гуо, пошли дальше, и смогли изготовить материал, от которого капли воды отскакивают, как теннисный мячик от стены. Точнее будет сказать, что они придумали метод, с помощью которого такое уникальное свойство можно придать разным материалам. Как же это им удалось?

Для обработки поверхности исследователям потребовался мощный сапфировый лазер, генерирующий короткие, фемтосекундные импульсы. Сфокусировав лазерный луч на поверхности металла, на его поверхность нанесли параллельные канавки шириной порядка 100 мкм и глубиной 75 мкм. Такой размер сопоставим с толщиной человеческого волоса. На получившейся ребристой поверхности, чем-то напоминающей грядку с окученной картошкой, образовались еще более мелкие наноструктуры, которые сделали канавки и борозды "шероховатыми". На то, чтобы обработать лазером пластину из металла размером 2,5 х 2,5 см, экспериментаторам понадобилось около часа.

В результате получился удивительный материал. Для своих опытов физики взяли три металлические пластины, сделанные из платины, титана и латуни. После обработки блестящая металлическая поверхность стала абсолютно черной - она перестала отражать свет. Но самое впечатляющее открытие было сделано, когда на такую модифицированную лазером пластину капнули водой - упавшая капля просто отскочила от нее. Поверхность получилась настолько водоотталкивающей, что попавшая на нее капля, смогла сохранить до трети своей кинетической энергии и отскочить обратно. Естественно, что сама металлическая пластинка осталась абсолютно сухой. Чтобы проверить самоочищающиеся свойства созданного материала, исследователи нанесли на него слой пыли, взятой из обычного пылесоса. После этого на поверхность стали капать обычную воду - каждая капля, "приклеивала" на себя фрагменты пыли, унося их с собой. А сам материал остался в первозданной чистоте, ничем не хуже, чем прекрасный цветок лотоса.

Прыгающие по плоскости капли - это, конечно, красиво и интересно, но чем может быть полезен такой материал? Цветок лотоса оказался не только символом чистоты, но и помог людям науки придумать, как сделать наш мир немного лучше. В первую очередь самоочищающиеся поверхности помогут экономить воду. Это очень важно там, где каждый литр воды на счету. Кроме того, такие материалы могут обладать антиобледенительными свойствами - образование льда на элементах управления самолетом чревато весьма печальными последствиями. Супергидрофобные поверхности будут более стойки к образованию плесени и прочих микроорганизмов. То свойство, что поверхность металла становится абсолютно черной, может быть полезно для эффективного поглощения солнечной энергии.

<< Назад: Томограф расшифрует древние свитки 31.01.2015

>> Вперед: Цифровые датчики магнитного поля от Texas Instruments 30.01.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Наушники Bowers & Wilkins Px8 S2 11.11.2025

Наушники премиум-класса становятся не только аксессуаром для прослушивания музыки, но и инструментом для профессиональной работы с аудио. Новый флагман британского бренда Bowers & Wilkins - модель Px8 S2 - демонстрирует, как эти аспекты можно объединить в одной беспроводной системе. Компания представила Px8 S2 как обновленную флагманскую модель в линейке, ориентированную на пользователей, которые ценят высокое качество звука, эффективное шумоподавление и премиальный дизайн. Производитель отмечает, что наушники сочетают передовые акустические решения с эргономикой для длительного использования. Каждое устройство оснащено 40-миллиметровыми динамиками с карбоновыми диффузорами и 24-битным цифровым процессором. По словам Bowers & Wilkins, это обеспечивает точное и детализированное воспроизведение звукового спектра, а также поддержку аудио высокого разрешения. Автоматическая оптимизация соединения с источником сигнала гарантирует стабильное и качественное звучание вне зависимо ...>>

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Случайная новость из Архива Солнечные паруса для космических кораблей 14.06.2022 Финансируемый NASA проект разрабатывает новую технологию, которые позволила бы космическим кораблям приходить в движение от "солнечных парусов". NASA объявило, что выделит 2 миллиона долларов проекту Diffractive Solar Sailing, который исследует способы использования солнечной энергии для управления и питания транспортных средств в космосе. Агентство давно интересуется технологией "солнечного паруса", потому что она предлагает экономически эффективную альтернативу традиционным двигательным установкам, не требуя при этом топливо. По сути, корабли могли бы использовать для питания практически неисчерпаемый ресурс - солнечный свет. В предыдущих проектах "солнечного паруса" в основном использовались зеркальные поверхности для отражения частиц света. Когда фотоны ударяются о парус, они передают свою энергию и двигают космический корабль вперед. Такой метод, впрочем, имеет недостатки: корабль может двигаться только по направлению солнечного света. Чтобы обойти это, проект Diffractive Solar Sailing разрабатывает паруса, которые "изгибают" свет для повышения маневренности.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025