Исследователи разработали новый метод создания гидрофобных поверхностей, по которым капли воды могут легко соскальзывать. Это открытие ставит под сомнение существующие представления о трении между твердыми поверхностями и водой и открывает путь к дальнейшему изучению скользкости капель на молекулярном уровне. Последствия этого метода весьма обширны и могут найти применение в таких областях, как оптика, микрофлюидика, кулинария, сантехника и даже автомобильная и морская промышленность.
Понимание взаимодействия воды с твердыми поверхностями
Вода постоянно взаимодействует с твердыми поверхностями во многих сферах нашей жизни - от приготовления пищи до транспорта и оптики. То, как вода прилипает к поверхностям или отталкивается от них, играет важнейшую роль в различных бытовых и промышленных технологиях. Изучая молекулярную динамику этих микроскопических капель, ученые и инженеры могут найти способы усовершенствования существующих технологий.
Жидкоподобные поверхности: Принципиально новый подход
Жидкоподобные поверхности, представляющие собой новый тип каплеотталкивающих поверхностей, обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными методами. Профессор Робин Рас (Robin Ras) из университета Аалто недавно сделал обзор этой темы в журнале Nature Reviews Chemistry.Эти поверхности состоят из высокоподвижных молекулярных слоев, которые ковалентно прикреплены к подложке, что придает твердым поверхностям жидкостное свойство, напоминающее слой смазки между каплями воды и самой поверхностью. Исследовательская группа под руководством Раса использовала специально разработанный реактор для создания самособирающихся монослоев (SAMs) на поверхности кремния.
Наблюдение за ростом самособирающихся монослоев
Ведущий автор исследования Сакари Лепикко, доктор наук, подчеркивает значение своей работы: "Наша работа - это первый случай создания молекулярно гетерогенных поверхностей непосредственно на нанометровом уровне". Скрупулезно регулируя такие условия, как температура и содержание воды в реакторе, команда смогла точно контролировать покрытие монослоя на поверхности кремния.
Рас выразил свой энтузиазм, заявив: "Я нахожу очень интересным тот факт, что, объединив реактор с эллипсометром, мы можем наблюдать за ростом самособирающихся монослоев с необычайной степенью детализации".
Удивительные результаты и исключительная скользкость
Результаты исследования показали, что поверхности с низким или высоким покрытием САМ обладают большей скользкостью. Эти ситуации также совпадали с тем, что поверхность была наиболее однородной.Лепикко поясняет: "То, что даже низкое покрытие дает исключительную скользкость, было контринтуитивным". При низком покрытии вода образует на поверхности пленку, которая, как считалось ранее, увеличивает трение. Однако исследователи обнаружили, что при низком покрытии вода свободно проходит между молекулами SAM, что позволяет ей легко соскальзывать с поверхности. С другой стороны, при высоком покрытии вода остается на поверхности SAM и так же легко соскальзывает с нее. Только в промежутке между этими двумя состояниями вода прилипает к САМ и удерживается на поверхности.
Создание самой скользкой жидкой поверхности
Новый метод, разработанный группой исследователей, оказался исключительно эффективным, что позволило создать самую скользкую жидкую поверхность в мире. Это открытие открывает широкие возможности для применения в тех областях, где требуются каплеотталкивающие поверхности.
