Лазерне гравірування допомогла фізикам перетворити метал в "листок лотоса"

08/02/2015

Обробка листа з практично будь-якого металу за допомогою надкоротких імпульсів лазера перетворює його в незвичайний матеріал, який, як листок лотоса, надзвичайно добре відштовхує краплі води, що захищає його від корозії і забруднення мікробами, а також вміє поглинати світло, заявляють американські фізики в статті, опублікованій в Journal of Applied Physics.
 
Листя багатьох рослин можна вважати прикладом ідеальної водовідштовхувальної поверхні, не піддається забрудненню. Це властивість листя отримало назву "ефект лотоса". Завдяки розташованим на листі лотоса мікроскопічним горбикам вода швидко стікає з поверхні листя, несучи з собою частинки бруду. За останні роки фізики зробили кілька спроб створити фарбу чи плівку, які б працювали таким же чином, як і поверхня листка рослини.
 
Чуньлей Гу (Chunlei Guo) з Рочестерського університету в Нью-Йорку (США) і його російсько-американський колега Анатолій Воробйов задумалися, як можна ліквідувати головний недолік існуючих на сьогодні "лотосных", або супергидрофобных мовою науки, покриттів - їх недовговічність, схильність до подряпин і пошкоджень.
 
Головною рисою листа лотоса та його синтетичних аналогів є те, що молекули на їх поверхні організовані таким чином, що вони відштовхують молекули води й не дають їм зчепитися з нею. Частина цих водовідштовхувальних властивостей зумовлена фізико-хімічними властивостями молекул, а інші - формою поверхні листка рослини, фарби або плівки.
 
Кілька років тому Гу і Воробйову вдалося випадково створити інший матеріал, який можна назвати своєрідним антиподом лотоса. Пластинки металу, оброблені короткими імпульсами надпотужного лазера, починали буквальним чином притягувати воду, завдяки чому рідина могла за ним текти не тільки вниз, але і вгору. У якості "бонусу" поверхню будь-якого типу металу ставала вугільно-чорної і починала поглинати весь спектр видимого випромінювання.
 
Аналізуючи результати цих експериментів, фізики припустили, що їм під силу досягти і зворотного. Для цього вченим довелося перебрати кілька варіантів лазерного "гравіювання" металу - того, який візерунок витоачувався на поверхні аркуша за допомогою імпульсів світла. Зрештою, їм вдалося підібрати правильний варіант картинки і перетворити фрагменти заліза, платини і ряду інших металів в подобу листа лотоса.
 
"Багато людей вважають, що тефлон є яскравим прикладом водовідштовхувальної поверхні, але якщо ви спробуєте струсити воду з тефлонової сковорідки, вам доведеться опустити її на 70 градусів для того, щоб краплі води почали рухатися вниз. Наша поверхня відрізняється помітно більшою гідрофобністю, і її потрібно лише трохи нахилити для досягнення аналогічного ефекту, а в деяких випадках і цього не потрібно", - розповідає Гу.
 
За словами Гу, у цієї технології є маса практичних застосувань у побуті, в промисловості, в науці й медицині. Приміром, на її базі можна виготовляти стійкі до корозії побутові прилади і елементи будівельних конструкцій, що самоочищаються сонячні батареї, економні і чисті системи каналізації, санітарні системи, посуд та інші предмети побуту.
 
Головною проблемою для комерціалізації цієї технології поки виступає те, що лазер гравірує пластини вкрай повільно - для виготовлення невеликого металевого "лотоса" площею 2,5 сантиметра на 2,5 сантиметра потрібно близько години роботи лазера. Як розповідає Гу, коли учені вирішать цю проблему, вони спробують відтворити аналогічні ефекти на поверхні інших матеріалів - напівпровідників і діелектриків.

Повернутися до списку публікацій



Останні новини

Статті

Попередні публікації