С помощью очень мощных лазерных пучков физики из университета Рочестера создали микро- и наноструктуры на поверхности металлов. В результате они стали чёрными и заполучили способность отталкивать воду и загрязнения. Учёные сообщают, что такая структура защитит поверхность от обледенения и ржавчины, а разработка в будущем приведёт к созданию водоотталкивающей электроники.

На настоящий момент уже существуют различные сверхгидрофобные покрытия, которые способны быстро и эффективно отражать воду и другие жидкости, что позволяет защищать материал от коррозии.

Однако проблема в том, что многие из них имеют такие свойства благодаря химическим веществам на поверхности, слой которых со временем истончается и становится бесполезным.

Рис. 1. Капли воды, отскочив от поверхности, сохраняют около 30% от первоначальной кинетической энергии, оставляя поверхность металла сухим.

Профессор Чуньлэй Го (Chunlei Guo) и его коллеги из университета Рочестера создали ещё один способ изменения металлов, при котором они сами становятся супергидрофобными.

Исследователи добились этого благодаря фемтосекундному лазеру, который испускает очень мощные импульсы в течение короткого времени. Импульсы фактически гравируют микро- и наноразмерные структуры на поверхности металла и изменяют таким образом её свойства.

Рис. 2. С помощью лазеров исследователи изменили структуру поверхности из платины, титана и латуни.

Используя мощные 65-фемтосекундные лазерные импульсы (частота до одной тысячи в секунду), учёные смогли изменить структуру поверхности образцов из платины, титана и латуни. На создание такого рода покрытия из множества параллельных микроскопических канавок специалистов вдохновили листья лотоса, по которым легко скатываются капли воды, частицы грязи и даже паразиты.

Рис. 3. Исследователи использовали мощные фемтосекундные лазеры

Результатом научной работы стал необыкновенный материал, который не просто крайне эффективно отталкивает воду (наклон поверхности на 4 градуса обеспечивает отскок капель сразу же, причём при столкновении с поверхностью 30% кинетической энергии капель сохраняется), но также является поглощающим свет (так как приобретает чёрный цвет) и самоочищающимся. Такая поверхность более скользкая, чем тефлон (для того чтобы с тефлонового покрытия соскользнули капли воды, требуется наклон в 70 градусов).

«Материал настолько водоотталкивающий, что вода попросту скатывается с поверхности, и этот процесс занимает менее секунды», – рассказывает Го.

Для того чтобы протестировать способность к самоочищению своей структуры, команда Го собрала обычные частицы пыли с помощью пылесоса и распылила их на поверхность обработанных металлов. По словам учёных, три капли воды оказалось достаточно, чтобы удалить около половины пыли, а ещё десятка капель – чтобы оставить поверхность идеально чистой. В реальности материалы могли бы быть очищены благодаря каплям дождя, росы или тумана.

Рис. 4. Так выглядит структура покрытия под микроскопом.

Исследователи считают, что

их технологическое решение может пригодиться в развивающихся странах, например, для сбора дождевой воды или создания туалетов, которые остаются чистыми без продувки (это может предотвратить распространение болезней).

Светопоглощающие и водоотталкивающие свойства могут пригодиться при создании солнечных батарей, которые не нуждаются в очистке.

Научная статья группы Го была опубликована в издании Journal of Applied Physics. Данная научная работа была выполнена при поддержке Фонда Билла и Мелинды Гейтс (Bill and Melinda Gates Foundation).

В настоящее время группа Го изучает, как данная технология может быть использована в случае неметаллических материалов. Они в конечном счёте могут привести к созданию водоотталкивающей электроники.

Однако эта технология станет массовой, только если исследователи из США найдут способ упростить производство. Ведь сейчас для получения 6,5 квадратных сантиметров образца с выдающимися свойствами требуется около часа работы.