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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Древний лед Антарктики 01.01.2026

Изучение древних ледниковых слоев - один из самых надежных способов понять, как формировался климат Земли и как он может изменяться в будущем. Недавнее открытие международной группы исследователей в Антарктике дает уникальную возможность заглянуть на миллионы лет назад и получить ценную информацию о атмосфере нашей планеты. В районе Аллан-Хиллс ученые пробурили керны древнего льда и обнаружили слои, возраст которых оценивается примерно в 6 миллионов лет. Это старейший лед, когда-либо найденный на Земле и датированный напрямую, что делает находку беспрецедентной в истории климатологии. Особое значение имеют крошечные пузырьки воздуха, запечатленные в ледяных кристаллах. Они служат настоящими "капсулами времени", сохраняя состав атмосферы прошлого. Анализ этих пузырьков позволяет восстановить климатические условия древней Земли, когда средние температуры были выше современных, а уровень океанов значительно выше нынешнего. Древние ледяные керны можно рассматривать как подробные х ...>>

Нано-уровень управления светом 31.12.2025

Современная нанофотоника стремится превратить свет в инструмент точного управления на микроскопическом уровне. Недавние исследования международной команды ученых открывают новые возможности в этой области, позволяя манипулировать светоматериальными волнами на наноуровне с беспрецедентной точностью. Такие достижения могут стать ключом к созданию сверхбыстрых коммуникационных систем и высокочувствительных сенсоров. В центре внимания исследователей оказались гиперболические фонон-поляритоны - особый тип волн, возникающих при взаимодействии света с колебаниями вещества. Эти волны способны концентрировать свет в пространственных масштабах, значительно меньших длины его волны, что позволяет создавать устройства с высокой плотностью интеграции и повышенной функциональностью. Работа велась совместно учеными из Шанхайского транспортного университета, Национального центра нанонауки и технологий Китая, а также коллегами из Испании. Они предложили двухэтапную схему возбуждения волн: сначала ...>>

Случайная новость из Архива Ультрахолодный молекулярный квантовый газ 04.12.2020 Американские физики впервые получили управляемое состояние ультрахолодного молекулярного квантового газа, которое может иметь множество практических приложений - от приборов сверхточных измерений до квантовых вычислений. В классическом понимании газ состоит из большого числа хаотически двигающихся частиц. Когда газ охлаждается почти до абсолютного нуля, молекулы перестают вести себя как частицы и приобретают свойства волн, которые перекрываются. Это состояние называют квантовым газом, а температура перехода молекулярного газа в квантовое состояние - температурой вырождения. Свойства квантового газа зависят от степени его вырождения, когда молекулы газа как частицы отталкиваются друг от друга, но взаимодействуют на больших расстояниях благодаря своим перекрывающимся волнам, электрическим дипольным моментам и другим характеристикам. Исследователи из JILA - совместного учреждения Национального института стандартов и технологий США (NIST) и Университета Колорадо в Боулдере - разработали инструменты для "включения" состояния ультрахолодного молекулярного квантового газа и контроля над межмолекулярными взаимодействиями на больших расстояниях. Ультрахолодные квантовые газы потенциально могут найти применение в приборах сверхточных измерений, для моделирования экстремальных состояний материи, создания квантовых многочастичных систем и в квантовых вычислениях. По мнению авторов, новая схема подталкивания молекулярного газа к его низшему энергетическому состоянию, называемому квантовым вырождением, при котором подавляются химических реакции, разрушающие молекулы, позволят исследовать экзотические квантовые состояния, в которых все молекулы взаимодействуют друг с другом. Исследователи создали при температуре 250 нанокельвинов - чуть выше абсолютного нуля - плотный газ из примерно двадцати тысяч дипольных молекул калия-рубидия, которые в электрическом поле ведут себя как крошечные магниты, из-за того, что атомы рубидия обладают положительным зарядом, а атома калия - отрицательным. Медленное включение горизонтального электрического поля в течение сотен миллисекунд уменьшало силу ловушки в одном направлении на время, достаточное для того, чтобы горячие молекулы вылетали, а оставшиеся молекулы охлаждались. В конце этого процесса молекулы вернулись в свое наиболее стабильное состояние, но теперь в более плотном газе.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025