Супергидрофобные покрытия, которые заставляют капли воды скатываться с поверхности, перспективны для таких применений, как самоочищающиеся автомобили, здания и различные виды оборудования. Новый метод позволяет создавать такие покрытия путем объединения двух распространенных материалов – тефлона и термоусаживаемой пластмассы.

Около 15 лет инженеры использовали нанотехнологии для создания водоотталкивающих поверхностей. Они создавали микроструктурированные поверхности – вырезали крошечные узоры, которые создавали карманы воздуха, который и удерживал поверхности от намокания. Эти покрытия хорошо работают в лаборатории, но их тщательно деформируемые поверхности легко поцарапать или иным образом повредить, тем самым разрушив их способность отталкивать воду.

Исследователи, проводившие описываемое исследование, решили, что ключом к хорошей супергидрофобной поверхности является сочетание микро- и наноразмерных узоров, которые работают вместе, чтобы отталкивать воду. Они поняли, что морщинистая поверхность может иметь те же типы узоров.

Исследователи решили попробовать сделать морщинистую поверхность, используя тефлон (политетрафторэтилен). Они нанесли тефлон на два вида термоусаживаемого пластика. Один из них, называемый PolyShrink, при нагревании сжимается на 30%. Исследователи также пробовали термоусадочную пленку на основе полиолефина, которая используется в качестве упаковочного материала. Этот материал сжимается до 10% от его размера при нагревании.

Нанесенное покрытие из тефлона на PolyShrink нагревали до 160 °С, а образцы на полиолефиновой основе – до 110 °С. Так как каждый тип подложки при этом сжимался, то плотно скрепленный с ними тефлоновый слой приобретал морщинистую поверхность. Весь процесс занимал две-три минуты. Группа сделала покрытия с различной толщиной тефлона и испытала их на гидрофобность.

Водоотталкивающий слой тефлона на полиолефиновой подложке

Комбинацией, которая отталкивает воду наиболее эффективно, была признана полиолефиновая термоусаживаемая пленка с покрытием тефлона толщиной 10 нм. После усадки эта поверхность покрыта складками тефлона размером около десятка нанометров, вершина больших складок составляет несколько микрон в поперечнике. Угол контакта капель с поверхностью равен 172 °C, это означает, что шарики воды почти идеально круглые и едва касаются поверхности.

Разработанное супергидрофобное покрытие является почти таким же прочным, как алюминиевое. При появлении царапин, водоотталкивающие свойства покрытия сохраняются.