В университете штата Мичиган разработано суперомнифобное покрытие, которое не смачивается практически ни одной жидкостью. Вода и масло, концентрированные кислоты и щёлочи, полярные и неполярные растворители, краски и смазки – все они удивительным образом «отскакивают» от тонкого слоя нового материала – смотрите видео.

Разработка такого покрытия заняла более пяти лет непрерывных исследований, причём первые два года коллектив учёных не слишком верил даже в принципиальную возможность реализации этой концепции.

Опыт подсказывал, что для придания поверхности отталкивающих свойств требуется учитывать специфику воздействующего агента. Для предотвращения смачивания водой и намокания хорошо одно, а для невосприимчивости к контакту с маслами – совершенно другое. Как сочетать разную структуру в одном материале, да и возможно ли это вообще?

Параллельно разрабатываемые другими группами исследователей универсальные (олео- и гидрофобные) покрытия вселяли слабую надежду и заставляли проводить следующую сотню экспериментов.

Нам уже знакомы олеофобные покрытия сенсорных экранов, защищающие их от появления отпечатков пальцев. В случае возникновения стойких загрязнений экраны тех же iPhone и iPad достаточно протереть сухой полиэфирной микрофиброй. Подобными свойствами обладают и выпускаемые отдельно защитные плёнки для экранов смартфонов и планшетов.

С лёгкой руки компании Toray с начала 2012 года разновидность олеофобного покрытия используется также и на глянцевых пластиковых поверхностях, которые всё чаще применяются в оргтехнике. Поначалу они радуют глаз и сияют, словно рояль, но без упомянутого покрытия моментально приобретают плачевный заляпанный вид даже у аккуратного хозяина.

Вне компьютерной сферы известны многочисленные гидрофобные покрытия. Они появились раньше и наряду с пропитками широко используются в текстильной и обувной промышленности. Отчаянные экстремалы даже пытаются бегать в такой обуви и гидрокостюмах по воде.

В отличие от ткани, стекло нельзя пропитать, поэтому на него стараются нанести максимально тонкий и прозрачный защитный слой. Более универсальная олео- и гидрофобная наноплёнка была впервые представлена немецкой компанией Nanogate Coating Systems в 2007 году.

Она основана на органических соединениях кремния и практически не влияет на прозрачность. При этом покрытие вызывает скатывание капелек воды (препятствует запотеванию) и также делает поверхность маловосприимчивой к отпечаткам пальцев.

Задачей коллектива с факультета материаловедения и кафедры химии высокомолекулярных соединений университета штата Мичиган было не просто повторить, но существенно превзойти имеющиеся прототипы.

Структура и угол контакта различных жидкостей с суперомнифобным покрытием (иллюстрация: Shuaijun Pan / University of Michigan)
Структура и угол контакта различных жидкостей с суперомнифобным покрытием (иллюстрация: Shuaijun Pan / University of Michigan)

После многолетних изысканий им удалось найти необходимое сочетание свойств – своеобразный геометрический ключ. Разработанное суперомнифобное покрытие характеризуется углом контакта более 150° и оптимальной величиной упругого гистерезиса по всей площади.

Зона контакта с каплями любой жидкости эффективно снижается благодаря иерархической реентрантной структуре. В результате все попадающие капли не растекаются по поверхности, а отскакивают от неё и скатываются.

Даже в лабораторных экспериментах только два из ста протестированных растворов смогли преодолеть барьер и вызвать частичное намокание тестового экземпляра.

В реальных же условиях после обливания на защитном покрытии не останется ни капли от жидкости любой природы, будь она ньютоновской, бингамовской, псевдопластичной, тиксотропной или реопексационной. Это настоящий «химический экран» универсального назначения.

Новому покрытию прочат большое будущее, так как оно одновременно способно защитить практически любой материал от большинства агрессивных жидкостей и других внешних факторов.

Помимо очевидного интереса со стороны военных, такое покрытие востребовано во многих отраслях гражданского сектора. Несмотря на автоматизацию, на большинстве объектов химической промышленности сохраняется постоянная опасность пролива и попадания больших количеств различных агрессивных жидкостей на поверхность оборудования и кожу персонала.

Применяемые сегодня защитные покрытия и выдаваемые средства индивидуальной защиты характеризуются относительно малой универсальностью. К тому же они не способны долговременно противостоять таким внешним воздействиям при серьёзных авариях. Их задача – дать пострадавшим несколько минут, чтобы добежать до дегазационно-обмывочного душа и эвакуироваться в безопасную зону.

После этого наступает время действовать аварийной бригаде, которая использует совершенно другие костюмы химической защиты. Несмотря на их многослойность и увеличенную степень защиты, время безопасного пребывания в них тоже жёстко ограничено. В таких костюмах тяжело двигаться, а из-за полной герметичности и неизбежно возникающих теплоизолирующих свойств уже в течение получаса у человека возникает сильный перегрев.

http://youtu.be/34CaXpMLkR0

Использование суперомнифобного покрытия в качестве внешнего слоя должно существенно повысить защитные свойства как штатных, так и аварийных комплектов. Его применение на технологических узлах не имеет существенных практических ограничений и позволит сохранить ресурс ценного оборудования.

Кроме специфического применения на производстве, покрытие может быть использовано для обработки практически любой обуви и одежды, рюкзаков и палаток с целью придания им водо- и грязеотталкивающих свойств.

Некоторые трудности с ним могут возникнуть лишь в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Ударяющие на большой скорости песчинки действуют как абразивная обработка и быстро стирают высокотехнологичное покрытие. Повышение механической стойкости – один из следующих этапов его усовершенствования.