Powłoki antytłuszczowe inspirowane rybami

filefish

Powłoki oleofobowe czyli inaczej antytłuszczowe uniemożliwiają powstawanie tłustych plam oraz ułatwiają czyszczenie. Powierzchnie pokryte takimi powłokami mają bardzo duży kąt zwilżania, co sprawia, że tłuszcz nie rozmazuje się po powierzchni, a tworzy jedynie krople, które łatwo usunąć.

Powłokę oleofobową najczęściej można spotkać na soczewkach okularowych, jako jedną z warstw poprawiających właściwości powierzchni (łatwe usuwanie zabrudzeń i uodpornienie na tłuszcz pokrywający palce).

Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk zaprezentowali innowacyjny materiał, zainspirowany skórą ryby z gatunku Navodon septentrionalis. Ryba należąca do rodziny jednorożkowatych, występuje głównie w okolicy raf koralowych. Ich charakterystyczną cechą jest nagie ciało bez łusek. Powierzchnia skóry, której wygląd badacze porównali do papieru ściernego ma niezwykłe właściwości kontroli zachowania zwilżania, samooczyszczania i odpychania oleju pod wodą. Co ważniejsze, krople są odpychane w jednym kierunku – od głowy do ogona ryby, a doczepiane są w przeciwnym – pod włos. Anizotropowość (zależność od kierunku) zwilżalności nie tylko pomaga uniknąć rybie np. zakażenia podczas pływania poprzez wycieki ropy, ale także stanowi idealny model dla powierzchni samoczyszczących.

Szorstką powierzchnię skóry ryby pokrywają kierunkowo wygięte narośla przypominające kolce. Ich średnia wysokość to 384 mikrometry, odległość pomiędzy kolejno ułożonymi hakami to około 100 mikrometrów. Naukowcy obliczyli, że kąt zwilżania kropli oleju to około 156 stopni.

Wzorując się na rybie, badacze stworzyli mikrostruktury z kierunkowo zorientowanymi hakami na warstwie polidimetylosiloksanu za pomocą miękkiej litografii. Polidimetylosiloksan (PDMS) – jest polimerem, którego główny łańcuch składa się z połączonych na przemian atomów tlenu i krzemu, przy czym większość z atomów krzemu jest podstawionych dwiema grupami metylowymi. Przy wyborze materiału ważne było to, że PDMS ma właściwości hydrofobowe – odpycha cząsteczki wody. Miękka litografia polegała na deformowaniu warstwy ochronnej polimeru za pomocą stempla, tworzącego odpowiednie wzory, po czym nastąpiło trawienie plazmowe (usunięcie niepotrzebnych obszarów warstw).

Powstały sztuczny materiał posiadał podobne podwodne właściwości oleofobowe co skóra ryby. Naukowcy uważają, że zasadę działania skóry N. septentrionalis można wprowadzić do masowej produkcji niedrogiego materiału (o wysokiej energii powierzchniowej) podobnego do sztruksu, o właściwościach antytłuszczowych i samoczyszczących. Dalsze badania to także szansa na stworzenie tanich powłok na kadłuby statków, cystern, pokryć rurociągów naftowych, a także urządzeń do rozdzielania wody od oleju.

Źródło:
[1] Cai, Y., Lin, L., Xue, Z., Liu, M., Wang, S. and Jiang, L. (2013), Filefish-Inspired Surface Design for Anisotropic Underwater Oleophobicity. Adv. Funct. Mater.. doi: 10.1002/adfm.201302034

[2] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201302034/abstract | 24.09.2013
[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/Poli(dimetylosiloksan)
[4] Filefish by Gary Rinaldi (pony_33406), flickr.com, CC BY-SA 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *