Powłoka superhydrofobowa - Superhydrophobic coating

Superhydrofobowa powłoka jest cienką warstwą powierzchniową, który odpycha wodę. Wykonany jest z materiałów superhydrofobowych ( ultrahydrofobowych ). Kropelki uderzające w ten rodzaj powłoki mogą w pełni się odbić. Ogólnie mówiąc, powłoki superhydrofobowe są wykonane z materiałów kompozytowych, w których jeden składnik zapewnia chropowatość, a drugi niską energię powierzchniową.

Zdjęcie przedstawia wysoce chłonny papier filtracyjny pokryty superhydrofobową farbą opracowaną w University College London . Odpycha wodę (która została zabarwiona na pomarańczowo dla większego kontrastu)

Używany materiał

Powłoki superhydrofobowe mogą być wykonane z wielu różnych materiałów. Poniżej przedstawiono znane możliwe podstawy powłoki:

  • Politlenek manganu (MnO 2 / PS) nanokompozyt
  • Nanokompozyt polistyrenu tlenku cynku (ZnO/PS)
  • Wytrącony węglan wapnia
  • Struktury nanorurek węglowych
  • Nanopowłoka krzemionkowa
  • Fluorowane silany i powłoki fluoropolimerowe.

Te krzemionki -na powłoki są chyba najbardziej opłacalny w użyciu. Są na bazie żelu i można je łatwo nakładać przez zanurzenie przedmiotu w żelu lub w aerozolu. Natomiast kompozyty tlenkowo-polistyrenowe są trwalsze niż powłoki żelowe, jednak proces nakładania powłoki jest znacznie bardziej pracochłonny i kosztowny. Nanorurki węglowe są również drogie i trudne do wyprodukowania przy użyciu obecnej technologii. Tak więc żele na bazie krzemionki pozostają obecnie najbardziej opłacalną ekonomicznie opcją.

Rodzaje powłok superhydrofobowych

  • Trwała hydrofobowość  – stosowana do tkanin w celu ochrony przed wodą.
  • Odporny na deszcz – jest przeznaczony do przedniej szyby samochodu w celu odpychania wody deszczowej podczas deszczu, aby poprawić widoczność podczas jazdy.

Zastosowania przemysłowe

W przemyśle powłoki superhydrofobowe są stosowane w ultrasuchych zastosowaniach powierzchniowych. Powłoka powoduje, że na powierzchni tworzy się prawie niezauważalnie cienka warstwa powietrza. Powłoki superhydrofobowe występują również w naturze; pojawiają się na liściach roślin, takich jak liść lotosu i niektórych skrzydłach owadów. Powłokę można natryskiwać na przedmioty, aby były wodoodporne. Spray jest antykorozyjny i przeciwoblodzeniowy; ma właściwości czyszczące; i może być używany do ochrony obwodów i sieci.

Powłoki superhydrofobowe mają ważne zastosowania w przemyśle morskim . Mogą zmniejszać opór tarcia powierzchni kadłubów statków, zwiększając w ten sposób wydajność paliwową. Taka powłoka pozwoliłaby statkom na zwiększenie prędkości lub zasięgu przy jednoczesnym obniżeniu kosztów paliwa. Mogą również ograniczać korozję i zapobiegać rozwojowi organizmów morskich na kadłubie statku .

Oprócz tych zastosowań przemysłowych, powłoki superhydrofobowe mają potencjalne zastosowanie w przednich szybach pojazdów, aby zapobiec przywieraniu kropli deszczu do szyby. Powłoki umożliwiają również usuwanie osadów soli bez użycia świeżej wody. Ponadto powłoki superhydrofobowe mają zdolność wspomagania pozyskiwania minerałów z solanki wody morskiej . Pomimo wielu zastosowań powłoki, problemem jest bezpieczeństwo dla środowiska i pracowników. Międzynarodowa Organizacja Morska ma wiele przepisów i zasad o zachowaniu bezpiecznej wody z potencjalnie niebezpiecznych dodatków.

Powłoki superhydrofobowe opierają się na delikatnej strukturze mikro lub nano ze względu na ich odpychanie — ta struktura jest łatwo uszkodzona przez ścieranie lub czyszczenie; dlatego powłoki te są najczęściej używane na rzeczach takich jak elementy elektroniczne, które nie są podatne na zużycie. Obiekty podlegające ciągłemu tarciu, takie jak kadłuby łodzi, wymagałyby ciągłego ponownego nakładania takiej powłoki, aby utrzymać wysoki stopień wydajności.

Zastosowania:- Ze względu na ekstremalną odporność, aw niektórych przypadkach odporność na bakterie powłok hydrofobowych, istnieje duży entuzjazm dla ich szerokiego potencjalnego zastosowania w narzędziach chirurgicznych, sprzęcie medycznym, tekstyliach oraz wszelkiego rodzaju powierzchniach i podłożach. Jednak obecny stan techniki w tej technologii jest utrudniony ze względu na słabą trwałość powłoki, co powoduje, że nie nadaje się ona do większości zastosowań. Nowsze opracowane tekstury powierzchni stali nierdzewnej są niezwykle trwałe i trwale hydrofobowe. Optycznie te powierzchnie wyglądają jak jednolita matowa powierzchnia, ale mikroskopowo składają się z zaokrąglonych zagłębień o głębokości od jednego do dwóch mikronów na 25% do 50% powierzchni. Powierzchnie te produkowane są dla budynków, które nigdy nie będą wymagały czyszczenia.

W Internecie jest wiele niechemicznych firm oferujących powłoki super hydrofobowe do różnych nieodpowiednich zastosowań. Ważne jest, aby zrozumieć naukę tych powłok przed próbą zastosowania tej technologii:

  • Zamiast korzystania z atomów fluoru na odpychanie jak wiele skutecznych hydrofobowych penetrujące uszczelnieniem (nie jest bardzo hydrofobowy), produkty superhydrofobowej są powłoki, działają tworząc strukturę mikro- lub nano-wielkości na powierzchni, która ma właściwości bardzo hydrofobowe.
  • Te bardzo małe struktury są z natury bardzo delikatne i bardzo łatwo ulegają uszkodzeniu w wyniku zużycia, czyszczenia lub wszelkiego rodzaju tarcia; nawet w niewielkim stopniu uszkodzona struktura traci swoje właściwości superhydrofobowe. Technologia ta opiera się na mikrostrukturze włosków płatków lilii, które sprawiają, że woda po prostu spływa. Potrzyj trochę liść lilii i nie będzie już superhydrofobowy. W przeciwieństwie do liścia lilii, który może leczyć i wyrastać nowe włosy, powłoka tego nie zrobi.
  • W rezultacie, o ile postęp nie rozwiąże zidentyfikowanej słabości tej technologii, jej zastosowania są ograniczone. Jest stosowany głównie w zamkniętych środowiskach, które nie są narażone na zużycie lub czyszczenie, takich jak elementy elektroniczne (takie jak wnętrze smartfonów) i żeberka klimatyzacyjne do wymiany ciepła, aby chronić przed wilgocią i zapobiegać korozji.

Powierzchnie mogą być hydrofobowe bez użycia powłoki poprzez zmianę ich mikroskopijnych konturów powierzchni. Podstawą hydrofobowości jest tworzenie wgłębień na powierzchni, których zwilżanie zużywa więcej energii niż mostkowanie wgłębień. Ta tak zwana powierzchnia z efektem Wenzela lub powierzchnia z efektem lotosu ma mniejszą powierzchnię styku o wielkość proporcjonalną do zagłębionego obszaru, co daje jej duży kąt zwilżania. Zagłębiona powierzchnia ma proporcjonalnie zmniejszone przyciąganie obcych płynów lub ciał stałych i trwale pozostaje czystsza. Zostało to skutecznie wykorzystane w przypadku dachów i ścian osłonowych konstrukcji, które wymagają niewielkiej konserwacji lub nie wymagają konserwacji.

Zobacz też

Bibliografia