Исследователи из Национального Института Стандартов и Технологии (National Institute of Standards and Technology) разработали чрезвычайно удобный метод создания тестовых поверхностей с переменной смачиваемостью, так что на одной поверхности могут находиться участки с супергидрофильными и супергидрофобными, а также всеми промежуточными свойствами.

Такой метод может быть использован для быстрой оценки свойств красок и других материалов, которые должны прилипать к поверхностям.

Основываясь на ультрафиолетовом свете и фоточувствительных материалах, исследователи разработали гибкий метод, использующий одну из самых интересных находок природы в области поверхностной химии, позволяющей жучкам Stenocara выживать в африканской пустыне Намиб – среде настолько сухой, что там даже не конденсируется утренний туман. Всё, что нужно сделать жучку, это подставить свои бугорчатые крылья под дуновение ветра.

Поскольку бугры гидрофильны, а остальная часть поверхности гидрофобна, те немногочисленные молекулы воды, которые попадают на крыло, скапливаются на буграх, где они конденсируются в искусственные «росинки» и скатываются прямиком в рот насекомого. Жучок использует структуру и химию поверхности для создания поверхности с резкими переходами от гидрофильности к гидрофобности.

Исследователи начали с того, что покрыли поверхность матрицей из гранул диоксида кремния размером около 11 нм, примерно в 1000 раз меньше органических частиц на поверхности крыльев жучка. Шаг такой матрицы является первым параметром, контролирующим смачиваемость чисто физически: капля, помещённая на гранулу, может сдвинуться в промежуточную часть матрицы не более чем на некоторое расстояние, определяемое поверхностным натяжением.

Рис. 1. Фотографии смачиваемости наноматериала

На в тором этапе исследователи покрыли гранулы веществом, модулирующим их сродство к воде, аналогично воскообразному веществу, делающему часть микрочастиц на крыле жучка гиброфобными. Этот подход сам по себе не является чем-то новым – другие исследователи уже наносили подобные вещества на гранулированные поверхности с помощью электрохимических методов. Нововведение группы из НИСТ состоит в том, что они покрыли гранулы светочувствительным материалом, реагирующим на ультрафиолетовое излучение, что позволило легко управлять свойствами поверхности: чем дольше участок поверхности подвергается облучению, тем более гидрофильным он становится.

Наиболее очевидной областью применения нового метода является тестирование красок и других покрытий. Вместо нанесения веществ на десятки различных поверхностей, теперь можно наносить их на одну, содержащую весь спектр возможных смачиваемостей на площади в несколько квадратных сантиметров. Возможны и другие приложения, начиная со сбора влаги в засушливых регионах и до микроканальных устройств, работающих на открытом воздухе. Кроме того, аналогичным способом можно создавать поверхности с переменным сродством к алкоголю и многим другим низкомолекулярным жидкостям.

Василий Артюхов