Супергидрофобное покрытие - Superhydrophobic coating

Супергидрофобное покрытие представляет собой тонкий поверхностный слой , который отталкивает воду. Изготовлен из супергидрофобных ( ультрагидрофобных ) материалов. Капли, попадающие на такое покрытие, могут полностью отскочить. Вообще говоря, супергидрофобные покрытия изготавливаются из композиционных материалов, в которых один компонент обеспечивает шероховатость, а другой - низкую поверхностную энергию.

На этом изображении показана фильтровальная бумага с высокой впитывающей способностью, покрытая супергидрофобной краской, разработанной в Университетском колледже Лондона . Это отталкивает воду (которая была окрашена в оранжевый для большего контраста)

Используемый материал

Супергидрофобные покрытия можно изготавливать из самых разных материалов. Следующие известные возможные основы для покрытия:

  • Нанокомпозит из полистирола на основе оксида марганца (MnO 2 / PS)
  • Нанокомпозит из полистирола на основе оксида цинка (ZnO / PS)
  • Осажденный карбонат кальция
  • Структуры углеродных нанотрубок
  • Нанопокрытие из диоксида кремния
  • Фторированные силаны и фторполимерные покрытия.

Это кремнеземное основанное покрытия является , возможно , наиболее экономически эффективно использовать. Они имеют гелевую основу и легко наносятся путем окунания предмета в гель или с помощью аэрозольного баллончика. Напротив, композиты на основе оксида полистирола более долговечны, чем покрытия на гелевой основе, однако процесс нанесения покрытия намного сложнее и дороже. Углеродные нанотрубки также дороги, и их сложно производить с помощью современных технологий. Таким образом, гели на основе диоксида кремния в настоящее время остаются наиболее экономически выгодным вариантом.

Виды супергидрофобных покрытий

  • Прочный водоотталкивающий материал  - используется для защиты тканей от воды.
  • Отталкивающий дождь - это сделано для лобового стекла автомобиля, чтобы отталкивать дождевую воду во время дождя, чтобы улучшить видимость при вождении.

Промышленное использование

В промышленности супергидрофобные покрытия используются для нанесения на сверхсухие поверхности. Покрытие вызывает образование почти незаметно тонкого слоя воздуха на поверхности. Супергидрофобные покрытия также встречаются в природе; они появляются на листьях растений, таких как лист лотоса , и на крыльях некоторых насекомых. Покрытие можно распылять на предметы, чтобы сделать их водонепроницаемыми. Спрей антикоррозийный и антиобледенительный; имеет чистящие возможности; и может использоваться для защиты цепей и сетей.

Супергидрофобные покрытия находят важное применение в морской промышленности . Они могут способствовать снижению сопротивления поверхностного трения для корпусов судов, тем самым повышая топливную эффективность. Такое покрытие позволило бы кораблям увеличить скорость или дальность полета при одновременном снижении затрат на топливо. Они также могут уменьшить коррозию и предотвратить рост морских организмов на корпусе судна .

В дополнение к этим промышленным применениям супергидрофобные покрытия потенциально могут использоваться в лобовых стеклах транспортных средств, чтобы предотвратить прилипание капель дождя к стеклу. Покрытия также позволяют удалять солевые отложения без использования пресной воды. Кроме того, супергидрофобные покрытия могут способствовать извлечению минералов из морской воды . Несмотря на то, что покрытие имеет множество применений, безопасность для окружающей среды и работников остается проблемой. Международная морская организация имеет много правил и политики о сохранении воды в безопасности от потенциально опасных добавок.

Отталкивающие свойства супергидрофобных покрытий составляют тонкую микро- или наноструктуру - эту структуру легко повредить при истирании или очистке; поэтому покрытия чаще всего используются на таких вещах, как электронные компоненты, которые не подвержены износу. Объекты, подверженные постоянному трению, такие как корпуса лодок, потребуют постоянного повторного нанесения такого покрытия для поддержания высоких эксплуатационных характеристик.

Области применения: - Благодаря исключительному отталкиванию, а в некоторых случаях бактериальной устойчивости гидрофобных покрытий, существует большой энтузиазм по поводу их широкого потенциального использования с хирургическими инструментами, медицинским оборудованием, тканями и всевозможными поверхностями и субстратами. Однако современное состояние этой технологии затруднено из-за слабой прочности покрытия, что делает его непригодным для большинства применений. Новые текстуры поверхности на нержавеющей стали чрезвычайно прочны и постоянно гидрофобны. Оптически эти поверхности выглядят как однородная матовая поверхность, но микроскопически они состоят из округлых углублений глубиной от одного до двух микрон на 25-50% поверхности. Эти поверхности предназначены для зданий, которые никогда не нуждаются в очистке.

В Интернете есть много нехимических компаний, предлагающих супергидрофобные покрытия для различных непригодных применений. Прежде чем пытаться использовать эту технологию, важно понять науку об этих покрытиях:

  • Вместо того чтобы использовать атомы фтора для отталкиванию , как много успешных гидрофобных проникающей герметиков (не супер гидрофобными), сверхгидрофобные продукты покрытие, они работают путем создания микро- или нано-размера структуры на поверхности , которая имеет супер-отталкивающие свойства.
  • Эти крошечные структуры по своей природе очень хрупкие и очень легко повреждаются в результате износа, очистки или любого вида трения; если структура повреждена даже незначительно, она теряет свои супергидрофобные свойства. Эта технология основана на микроструктуре волосков кувшинок, благодаря которым вода просто скатывается. Немного потрите лист лилии, и он перестанет быть супергидрофобным. В отличие от листа лилии, который может зажить и отрастить новые волоски, покрытие этого не сделает.
  • В результате, если достижения не помогут устранить выявленную слабость этой технологии, ее приложения будут ограничены. Он используется в основном в герметичных средах, которые не подвержены износу или чистке, например, в электронных компонентах (например, внутри смартфонов) и ребрах теплопередачи кондиционеров, для защиты от влаги и предотвращения коррозии.

Поверхности можно сделать гидрофобными без использования покрытия, также за счет изменения их микроскопических контуров поверхности. Основа гидрофобности - это создание углублений на поверхности, на смачивание которых расходуется больше энергии, чем на перекрытие углублений. Эта так называемая поверхность с эффектом Венцеля или поверхность с эффектом лотоса имеет меньшую площадь контакта на величину, пропорциональную площади углубления, что дает ей высокий угол контакта. Утопленная поверхность имеет пропорционально уменьшенное притяжение посторонних жидкостей или твердых частиц и постоянно остается чистой. Это эффективно использовалось для крыш и ненесущих стен конструкций, которые требуют минимального обслуживания или вообще не требуют его.

Смотрите также

использованная литература