Если вы когда-нибудь пачкали свою любимую кожаную куртку или летом вам приходилось отрывать босые ноги от липкого винилового автомобильного сиденья, решение ваших проблем может быть найдено на поверхности листа лотоса..
Исследователи из Университета штата Огайо ранее использовали нанотехнологическую текстуру на основе пушистых листьев для разработки самоочищающегося стекла и сетки, которая отделяет масло от воды.
Теперь в журнале Colloids and Surfaces A они сообщают, что нашли способ адаптировать то же самое покрытие, вдохновленное природой, к синтетической коже на основе пластика. И вода, и масло скатываются с покрытия, что предотвращает липкость кожаной поверхности при температурах до 70 градусов по Цельсию (158 градусов по Фаренгейту).
Покрытие может сделать более чистой и менее липкой мебель, салоны автомобилей, одежду, обувь и сумки - любые продукты, для которых люди используют синтетическую кожу, сказал Бхарат Бхушан, выдающийся ученый из Огайо и профессор машиностроения Говарда Д. Винбиглера. в штате Огайо.
«Натуральная кожа была важным материалом с самого начала человеческой истории», - сказал Бхушан. «Сегодня рынок синтетической кожи растет, потому что она дешевле и с ней проще работать. Насколько нам известно, впервые кому-то удалось изготовить синтетическую кожу, которая не просто водостойкая, но и супер-жидкостная - она отталкивает жидкости как на водной, так и на масляной основе."
Синтетическая кожа изготавливается из ткани, покрытой пластиком, обычно полиуретаном (ПУ) или поливинилхлоридом (ПВХ). Как из ПВХ, так и из полиуретана можно формовать плоские листы с канавками, которые придают ему текстуру, похожую на кожу. Как и натуральная кожа, синтетическая кожа в некоторой степени проницаема для жидкостей. В отличие от натуральной кожи, он становится липким при высоких температурах, потому что тепло размягчает пластиковую поверхность.
Бхушан специализируется на биомиметике, науке о создании материалов и процессов, имитирующих природу. Большая часть его работ была вдохновлена листьями лотоса, неровная поверхность которых естественным образом отталкивает воду.
Как и в своих предыдущих экспериментах по созданию водо- и маслоотталкивающих поверхностей, исследователи попытались создать неровную текстуру, распылив покрытие из наночастиц диоксида кремния на поверхность синтетической кожи.
Но Бхушан и аспирант Дев Гурера быстро обнаружили, что пластификаторы в синтетической коже, то есть химические вещества, придающие пластику пластичность, предотвращают прилипание наночастиц, особенно внутри канавок, имитирующих кожу. Поэтому они очистили поверхность с помощью обработки ультрафиолетовым светом, обычно используемой в производстве компьютерных микросхем.
Результат: наночастицы прилипали к очищенной синтетической коже, создавая неровную поверхность. Затем исследователи запечатали наночастицы силиконовой смолой. Покрытие было в основном прозрачным, поэтому текстура, похожая на кожу, все еще была видна.
Бхушан и Гурера покрыли образцы полиуретана и ПВХ и протестировали их на водо- и маслоотталкивающие свойства и самоочищающиеся свойства, а также на долговечность и термостойкость.
Они выдавливали капли масла и воды на синтетическую кожу и проверяли, насколько поверхность должна быть наклонена, чтобы капля скатилась. Вода скатывалась с наклоном 2 градуса, нефть с наклоном 4 градуса. Любой наклон ниже 10 градусов считается суперликвидофобией.
Чтобы увидеть, как износ влияет на покрытие, исследователи процарапали на поверхности канавку, проведя по ней 100 раз туда-сюда маленькой сапфировой бусиной. Угол наклона, необходимый для того, чтобы капли скатывались с поцарапанной поверхности, увеличился до 7 градусов - по-прежнему сверхгидрофобный - но только тогда, когда капля катилась по (то есть перпендикулярно направлению) изношенной канавки.
Когда кожа располагалась так, что капля должна была скатываться внутри изношенной канавки, необходимый угол для скатывания капли увеличивался до 44 градусов. Звучит довольно плохо, но все же лучше, чем необработанные поверхности из полиуретана и ПВХ, которые оставались покрытыми водой или маслом, даже когда их наклоняли на 90 градусов.
Чтобы проверить самоочищение, исследователи распылили черный порошок карбида кремния на кожу и измерили, сколько порошка может быть смыто одной каплей воды. На необработанной синтетической коже вода смыла около 10 процентов порошка, а на обработанной - на 90 процентов.
А липкость? Самая высокая температура, зарегистрированная внутри закрытой машины, стоящей на солнце, составляет около 80 градусов по Цельсию (176 градусов по Фаренгейту). По словам исследователей, при такой температуре покрытие не может сохранять свою целостность, потому что полиуретан или ПВХ под ним начинают течь, как чрезвычайно вязкая жидкость. Покрытие оставалось нелипким даже при температуре до 70 градусов по Цельсию (158 градусов по Фаренгейту), поэтому ваши ноги не прилипали к автокреслу в самые жаркие дни.
Однако это не защитит вас от ожогов от очень горячего сиденья, так что будьте осторожны. По крайней мере, ваша любимая «кожаная» куртка будет выглядеть и ощущаться так же.