Nowa powłoka opierająca się na technologii SLIPS, zamienia zwykłe szkło w przejrzyste, ultraśliskie, samooczyszczające, odporne na zarysowania szkło. Powłoka może znaleźć zastosowanie przy budowie paneli słonecznych czy soczewek kontaktowych.
SLIPS (z ang. Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) to śliska, porowata powłoka uzyskana metodą infuzji przez naukowców z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering z Harvard University. Artykuł na temat powłoki został opublikowany 31 lipca 2013 roku w internetowym wydaniu czasopisma Nature Communications.
Nowa powłoka może być wykorzystywana do tworzenia trwałych, odpornych na zarysowania soczewek do okularów, samooczyszczających szyb do okien, wydajniejszych paneli słonecznych i nowych diagnostycznych urządzeń medycznych.
Twórcy technologii zostali zainspirowani przez mięsożerną roślinę – dzbanecznik, która posiada dzbanek z płynem trawiennym, działającym jak pułapka. Dzbanek posiada kołnierzyk zwany też obrzeżem, który pokryty jest śliską, zwabiającą owady, substancją. Zwabiony owad siada na obrzeżu, po czym ześlizguje się do środka pułapki.
W przeciwieństwie do wcześniejszych materiałów hydrofobowwych, powłoka bazująca na SLIPS odpycha także substancje oleiste, krew, solankę oraz lepkie płyny, takie jak miód. Na powierzchni nie powstanie też lód, ani warstwa bakteryjna.
Nowa powłoka opiera się na wielokrotnie nagradzanej technologii, którą tworzy zespół dr Joanny Aizenberg. Infuzja powierzchni porowatych pozwala na uzyskanie śliskich, trwałych i całkowicie przejrzystych, niezwilżanych powierzchni.
Odpychająca powłoka to cienka warstwa płynnego lubrykantu, który pomaga w poślizgu po powierzchni tak jak woda wylana na lodowisku.
Powłoka powstaje poprzez ułożenie obok siebie drobnych, kulistych granulek polistyrenu, na płaskiej powierzchni szkła jak piłeczek pingpongowych. Kolejnym krokiem naukowców było zalanie kulek ciekłym szkłem, co najmniej do połowy ich wysokości. Po stwardnieniu, granulki polistyrenu zostały wypalone, w ich miejscu pozostały małe kratery, których układ przypominał plaster miodu. Tak wyglądająca powierzchnia została pokryta teflono-podobnym związkiem, który stworzył stabilną warstewkę cieczy. Powstała warstwa odpychała zarówno krople wody jak i substancji oleistych. Każde przerwanie powierzchni ulegało samonaprawie, ponieważ warstwa jest cieczą.
“Struktura plastra miodu jest tym, co daje stabilność mechaniczną nowej powłoce” – powiedziała Joanna Aizenberg – lider zespołu.
Poprzez regulację szerokości komórek składających się na strukturę plastra miodu możliwe było uzyskanie wymiarów mniejszych niż długość fali światła widzialnego. Dlatego szkło pokryte warstwą SLIPS jest całkowicie przejrzyste. Śliska powłoka zmniejsza przyczepność lodu na szkle o 99 procent. Materiał pokryty powłoką może zostać wykorzystany przy produkcji samolotów czy budynków o zwiększonej efektywności energetycznej.
Co ważne, struktura plastra miodu powłoki zapewnia mechaniczną odporność. Materiał pozostał śliski i nieuszkodzony po serii różnych zabiegów (m.in. odrywaniu taśmy, wycieraniu chusteczką).
Właściwości te pozwalają na użycie śliskiej nawierzchni w szerokim zakresie zastosowań i warunków. Powłoka może zostać zoptymalizowana do pracy w ekstremalnych warunkach temperatury i ciśnienia przy zachowaniu właściwości samoleczenia, wysokiej biokompatybilności, przejrzystości optycznej i obojętności chemicznej.
Od lewej: struktura z kraterów , powleczona teflono-podobną warstwą, tworzy powłokę odpychającą zarówno krople wody i cieczy oleistych.
Potencjalne zastosowania znajdują się poza zasięgiem obecnych technologii. Warstwa to idealne rozwiązanie dla transportu ważnych gospodarczo płynów takich jak ropa naftowa, biopaliw, dla gospodarczych systemów grzewczych/chłodniczych, urządzeń odpornych na osadzanie lodu. Przezroczystość optyczna (w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni) i samooczyszczające właściwości pozwolą na budowę powłok ogniw słonecznych, soczewek, czujników i urządzeń noktowizyjnych. Biokompatybilność oraz zdolność do odparcia płynów biologicznych umożliwia stosowanie w powłokach dla urządzeń medycznych.
Obecnie zespół udoskonala metodę do pokrywania zakrzywionych powierzchni szkła, oraz adaptuje ją do przemysłowej produkcji warstw na przezroczystych polimerach.
Kropla oktanu (C8H18) – organicznego składnika benzyny ześlizguje się po powłoce wykonanej w technologii SLIPS.
Źródło:
[1] Transparency and damage tolerance of patternable omniphobic lubricated surfaces based on inverse colloidal monolayers. Nicolas Vogel, Rebecca A. Belisle, Benjamin Hatton, Tak-Sing Wong & Joanna Aizenberg. Nature Communications 4, Article number: 2176
[2] http://www.nature.com/ncomms/2013/130731/ncomms3176/full/ncomms3176.html | 05.08.2013
[3] http://wyss.harvard.edu/viewpressrelease/120 | 05.08.2013
[4] http://wyss.harvard.edu/viewpage/316/ | 05.08.2013
[5] Schemat dzięki uprzejmości/Credit photos by Nicolas Vogel, Wyss Institute
[6] Glass sphere by -Ebelien-, flickr.com, CC BY 2.0