Корейские исследователи изготовили покрытия, состоящие из гидрофильных и гидрофобных областей и способные управлять движением воды. Этот подход к получению материалов имеет хорошие перспективы в практической жизни: он может найти применение при создании мини-лабораторий и других устройств, работающих с потоками жидкостей.
Часто для создания новых необычных приборов и устройств исследователи пользуются подсказками матушки-природы. Детально изучив листья лотоса, они смогли создавать качественные водоотталкивающие покрытия, которые находят применение в различных областях промышленности. Реализация «эффекта лотоса» для создания гидрофобных покрытий, очень привлекательна, она открывает массу перспектив, однако гораздо интереснее создавать более сложные и комплексные структуры на основе этого эффекта. Например, совмещая на единой поверхности гидрофобные и гидрофильные области, можно управлять на ней движением воды. Кстати, на этот случай у природы тоже нашёлся яркий пример использования подобного эффекта – пустынный жук (Onymacris unguicularis), который способен собирать влагу из тумана. Утром, когда ветер приносит в пустыню влагу с моря, вода конденсируется на надкрыльях этого жука и стекает вдоль них по центральному желобку к ротовым органам.
Огромный интерес представляет собой создание таких комплексных структур на поверхности металла. Получать покрытия с «эффектом лотоса» на металле можно различными способами, например с помощью химического травления или электрохимической обработки. Все эти методы трудно использовать для создания на одной подложке сложных по форме областей, обладающих различными водоотталкивающими свойствами.
Учёные Сеульского национального университета и Корейского института науки и технологии изобрели альтернативный, быстрый и нетоксичный способ изготовления поверхностей, состоящих из гидрофильных и гидрофобных областей. Исследователи считают, что их метод может с успехом использоваться для создания и улучшения мини-лабораторий, а также других устройств, работающих с потоками жидкостей.
В качестве исходного материала группа исследователей брала изготовленные из трёх видов стали металлические пластины. На первом этапе пластины обрабатывались с помощью плазмы в газовой среде тетрафторметана. В результате этого поверхность пластинки становилась шероховатой и приобретала микрорельеф, аналогичный поверхности листьев лотоса. Затем пластину опускали в воду, в которой происходило формирование оксида железа на поверхности. При этом фтор, который прореагировал с железом при плазменной обработке, был катализатором данной реакции. Образование оксида приводило к дальнейшему увеличению неровности: на поверхности появлялись «наноиглы» и «нанопластины». Что интересно, после такой обработки поверхность одной из пластин, изготовленной из определённого вида стального сплава, стала практически идентичной поверхности водоотталкивающего листочка Robinia pseudoacacia (робиния псевдоакация – растение из семейства бобовых), которую учёные брали для сравнения.
Для того чтобы изготовленные пластины стали водоотталкивающими, исследователи наносили на них специальную гидрофобную плёнку. Благодаря этому металлические подложки стали плохо смачиваться – капельки воды на них приобретали практически идеальную сферическую форму и без сопротивления скатывались с них.
С целью получения гидрофильных областей на водоотталкивающих пластинах учёные обрабатывали их с помощью плазмы, только в кислородной среде и через металлическую маску с отверстиями. В тех местах, где в маске были отверстия, пластина становилась гидрофильной, а в закрытых областях оставалась гидрофобной. При помещении такой пластины во влажную камеру пары воды преимущественно конденсировались на гидрофильных областях, и такие области становились своеобразным каналом, по которому вода стекала с поверхности.
Корейские учёные не собираются останавливаться на достигнутом. Они считают, что их метод может найти широкое промышленное применение, и работают над дальнейшим улучшением водоотталкивающих свойств полученных образцов.
