Благодаря текстурированным поверхностям в природе растения захватывают пыльцу, геккон ползает по вертикальным стенам, а насекомые передвигаются по воде. Имитация этих свойств в более крупном масштабе станет стимулом для развития возобновляемой энергетики и медицины.

В статье, опубликованной в октябрьском номере журнала Nature Materials, группа американских исследователелей из штата Пенсильвания, Научно-исследовательской лаборатории ВМС и Гарвардской медицинской школы сообщила о создании особой пленки, которая имитирует природные характеристики насекомых, передвигающихся по поверхности воды, и бабочек, крылья которых имеют водоотталкивающие свойства.

Хотя супергидрофобные, самоочищающиеся поверхности сейчас активно исследуются, данная разработка знаменует настойщий прорыв с точки зрения возможного контроля за направленностью переноса жидкости. Используя массив наностержней из поли-п-ксилилена, синтезированных технологией газовой фазы «снизу-вверх», ученым удалось прикрепить капли воды в одном направлении с помощью огромных сил сцепления пропорционально к количеству наностержней и поверхностному натяжению, одновременно отпустив капли в противоположном направлении.

Разница между скрепляющей и расцепляющей силой равна 80 микроньютонам, что в 10 раз превышает показатели других сконструированных поверхностей со свойствами храпового механизма. Это первая такая поверхность, выполненная на наноуровне. Недавно авторы показали направленное сцепление и трение этих поверхностей, напоминающие принцип движения геккона по стенам (J. Applied Physics, 2010). На лапах геккона находится около 4 миллионов волосков на квадратный миллиметр, а плотность размещения полимерных наностержней может достигать 40 миллионов штук на квадратный миллиметр.

Нанопленка производится с помощью технологии «косого осаждения», которое создает микрогладкую поверхность для транспортировки крошечных капель воды без накачивания или оптических волн с минимальной деформацией. Материал может пригодиться в медицине, при микросборке, в производстве автономных микроструйных элементов.

Рис. 1. Анизотропная смачивающая способность нанопленки.

Авторы работы, поддержанной ВМС США, предполагают использовать нанопленку в качестве покрытия, уменьшающего лобовое сопротивление корпуса корабля и замедляющего его биологическое обрастание. В энергетике и промышленности покрытие планируют использовать при направленном распылении, в жидкостных диодах, безнасосных цифровых струйных элементах, для повышения эффективности систем охлаждения микрочипов, в качестве покрытий для проводов и даже в производстве энергии из капель дождя.

Руководитель научной группы из Пенсильвании Мелик Демирел (Melik Demirel), адъюнкт-профессор механики и технических наук и ответственный автор статьи, полагает, что нынешний лабораторный метод, основанный на технологии газовой фазы, относительно прост, но ему все еще необходим вакуум, поэтому он может быть заменен технологией жидкой фазы, которая позволит увеличить производство материалов до промышленных масштабов.

Основное значение нашего метода в том, что в первый раз была создана управляемая направленная поверхность на наноуровне», – сделал вывод Демирел.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Niranjan A. Malvadkar, Matthew J. Hancock, Koray Sekeroglu, Walter J. Dressick & Melik C. Demirel An engineered anisotropic nanofilm with unidirectional wetting properties. – Nature Materials. – 2010. – doi:10.1038/nmat2864.

По материалам: