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:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Пилюли антирадина 27.12.2015 Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли создали новый способ борьбы с лучевой болезнью - в форме пилюль. Лекарство действует на основе хелатирования, то есть, процесса связывания ионов с молекулами металлов. Хелаторы в пилюле спроектированы так, что связываются исключительно с радиоактивными элементами и не вступают в реакцию с другими материалами, помогая убирать из человеческого организма плутоний, уран и и другие вредные радиоактивные вещества. Хелаторы в капсулах были усилены для борьбы с тяжелыми металлами, а до этого они зарекомендовали себя во время испытаний по очистке крови от свинца. Новый "антирадин" блестяще показал себя в опытах над мышами и отдельными клетками, и теперь исследователи готовы приступить к испытаниям препарата на людях.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025