Ученые смогли добиться того, чтобы один и тот же материал очень быстро, в пределах семи секунд, мог становиться супергидрофобным (отталкивать капли воды), а затем гидрофильным (впитывать воду и хорошо смачиваться ею). Одновременно с этим ученые впервые смогли управлять и прилипанием капель к поверхности. Обнаруженные эффекты могут использоваться для управления жидкостями в микрофлюидных устройствах. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Авторы статьи работали с двумя распространенными полимерными материалами: PVDF и PMMA. PMMA — это обычное оргстекло, а PVDF — материал со свойствами, схожими с тефлоном. На их основе исследователи создали композит, который обладает пьезоэлектрическими свойствами, то есть может растягиваться или сжиматься под действием тока. Исследователи решили не работать с поверхностью полимеров, а модифицировать их на уровне волокон.

«Наши коллеги растворяют полимеры и формируют из получившихся волокон нетканые материалы. Дальше волокна помещаются в водный раствор с солями диазония и нагреваются, — поясняет один из авторов работы, доцент Томского государственного университета Павел Постников. — При этом образовываются активные радикалы, которые атакуют поверхность волокон и формируют на них нужные нам химические соединения, такие как 4-перфторалкилфенильные группы. Эти соединения вкупе с физическими особенностями материалов и позволяют управлять смачиваемостью. И здесь важно, что мы работаем со смачиваемостью не на уровне поверхности, а на уровне каждого волокна».

К получившимся материалам ученые подводят электроды. Как только подается ток, материал тут же меняет свои свойства. Так, в супергидрофобном состоянии достаточно наклонить пластинку материала на три градуса, чтобы капля с нее скатилась. Степень гидрофобности зависит от напряженности электрического пол, причем такие эффекты ученые наблюдали не только с водой, но и с лиофильными растворителями (вещества, которые могут взаимодействовать с жидкостями на межмолекулярном уровне). По словам авторов, это доказывает, что данный метод подходит для широкого спектра жидкостей.

«И еще одно очень важное свойство: поверхность материала является самоочищающейся. Если мы ее загрязнили какими-то веществом, потом капаем буквально несколько капель растворителя или воды, частицы грязи переходят в воду и скатываются, абсолютно не прилипая к поверхности, и она становится совершенно чистой», — рассказывает Постников.

Также ученым впервые удалось управлять адгезией капель, то есть способностью капель сцепляться с твердой поверхностью.

«Под действием электрического поля капля сильно прижимается к поверхности. Можно даже перевернуть пластинку, а капля все равно останется на ней. Это говорит о том, что, управляя смачиваемостью и адгезией, то есть изменяя напряженность поля, включая и выключая ток, меняя наклон материала, мы можем управлять каплей, заставлять ее двигаться в нужном направлении. Как уже говорилось, это актуально для микрофлюидных технологий, а также, например, для создания биосенсоров», — заключает ученый.