Химики из Нанкинского Научно-Технологического Университета разработали новый способ синтеза супергидрофобной меди на основе древесины азиатского «красного дерева». Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Авторы работы использовали структуру древесины диптерокарпа в качестве шаблона для будущего материала. Ученые помещали образец древесины в печь без доступа кислорода, после чего нагревали до 600°C. При этом происходило обугливание материала — органические вещества превращались в углерод. На следующем этапе химики пропитывали «биоуглерод» раствором нитрата меди и снова отжигали в печи. При высоких температурах соль меди разлагалась до оксида, который затем реагировал с углем. Последняя реакция приводила к образованию металлической меди и покраснению угля.

Медь, осажденная на уголь красного дерева. Изображение: Tianchi Wang et al. / Scientific Reports, 2015

При всех процессах отжига сохранялась пористая структура древесины. Благодаря этому, у образовавшегося угольно-медного материала была очень сложная и развитая поверхность. Авторы использовали это для создания супергидрофобного материала, эффективно отталкивающего от себя капли воды. Поскольку сама по себе медь гидрофильна, ее необходимо покрыть дополнительным гидрофобным слоем. В его роли материала для него авторы выбрали фторированные производные кремния.

Капли воды на поверхности угля (a), медненого угля после отжига (b), медненого угля после обработки (с), обычной меди после обработки (d), угля после обработки (e). Изображение: Tianchi Wang et al. / Scientific Reports, 2015

Ученые сравнили поведение капель воды на исходном «угле», оставшемся на древесине, меди сразу после отжига и на обработанной медной поверхности. Главным параметром в сравнении служил так называемый контактный угол — угол между касательной к поверхности капли в точке соприкосновения с поверхностью и самой поверхностью. Для смачиваемых частично гидрофильных материалов он лежит в промежутке от 0 до 90 градусов. У угля значение того же параметра составило 114 градусов. Медь без дополнительной обработки ожидаемо оказалась смачиваемой — контактный угол оказался примерно равен нулю. В случае же обработанной меди смачивания практически не происходило — угол достиг 160 градусов.

Авторы работы использовали и другие биологические объекты для создания супергидрофобных поверхностей в ранних работах. В частности, химики применяли для этой цели листья лотоса, риса и бамбука.

Автор: Владимир Королёв.