Ερευνητές στις ΗΠΑ ανέπτυξαν μια πολυστρωματική μονωμένη υπερυδρόφοβη (MISH) επίστρωση που απωθεί το σχεδόν βραστό νερό, το ζεστό γάλα, τον καφέ και τη σούπα φάβας, βοηθώντας έτσι τις επιφάνειες που δεν βρέχονται ποτέ να παραμένουν αποτελεσματικές ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες.
Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Rice κατέληξαν σε μια γρήγορη λύση για τις υπερυδρόφοβες επιφάνειες πειραματιζόμενοι με τη ροή θερμότητας του υλικού αντί να εστιάζουν αποκλειστικά στη χημεία και την υφή του.
Οι υπερυδρόφοβες επιφάνειες είναι εξαιρετικά υδροαπωθητικές. Μιμούνται το φύλλο του λωτού και προκαλούν την κύλιση των σταγονιδίων νερού με μια μικρή μόνο κλίση. Αλλά το ζεστό νερό παραμένει η κύρια αδυναμία τους.
Όταν οι θερμοκρασίες αυξηθούν πολύ όμως, πολλές από αυτές τις επιστρώσεις χάνουν απότομα την υδατοαπωθητική τους ικανότητα. Αντί να απομακρυνθούν, οι θερμές σταγόνες αρχίζουν να κολλάνε και να εισχωρούν στην υφή της επιφάνειας, αφήνοντας πίσω τους υγρά σημεία.
Επίλυση του προβλήματος της θέρμανσης
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα σχεδίασε μια επίστρωση που απωθεί το νερό ακόμα και όταν τα σταγονίδια πλησιάζουν τους 90 βαθμούς Κελσίου. Ο σχεδιασμός MISH αποτελείται από ένα σύστημα δύο στρώσεων. Αυτό περιλαμβάνει ένα μονωτικό υπόστρωμα (αφρό πολυουρεθάνης σε σπρέι), μαζί με μια μικροϋφή υπερυδρόφοβη τελική επίστρωση (μια εμπορικά διαθέσιμη επίστρωση σε σπρέι).
Το υπόστρωμα επιβραδύνει τη μεταφορά θερμότητας από τις σταγόνες στην επιφάνεια. Αποτρέπει τον γρήγορο κύκλο εξάτμισης-συμπύκνωσης που κανονικά καταστρέφει τις παγιδευμένες τσέπες αέρα που είναι υπεύθυνες για την υδροαπωθητικότητα.
«Το μονωτικό στρώμα μειώνει την ψύξη της θερμής σταγόνας στη διεπαφή, η οποία με τη σειρά της μειώνει τους κύκλους εξάτμισης και επανασυμπύκνωσης που κανονικά κατακλύζουν την υφή της επιφάνειας με συμπύκνωμα», δήλωσε ο Daniel J. Preston, PhD, επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο Rice και αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης.
«Λιγότερη συμπύκνωση στην υφή της επιφάνειας σημαίνει λιγότερες γέφυρες υγρών, οι οποίες διατηρούν την απωθητικότητα άθικτη», πρόσθεσε ο Πρέστον. Χωρίς αυτές τις γέφυρες συμπυκνωμάτων, ακόμη και σταγονίδια που σχεδόν βράζουν συνεχίζουν να γλιστρούν μακριά.
«Δείξαμε επίσης ότι αυτό λειτουργεί εκτός εργαστηρίου σε πραγματικές καταστάσεις τόσο σε μεγάλες όσο και σε καμπύλες επιφάνειες, από σωλήνες μέχρι μπολ και βιομηχανικό εξοπλισμό », επεσήμανε ο Πρέστον.
Δοκιμές σε πραγματικό κόσμο
Οι επιφάνειες MISH, ειδικά εκείνες με παχύτερη μόνωση, διατήρησαν την απωθητικότητα τους για περισσότερες από 80 ώρες, ή για πάνω πάνω ένα εκατομμύριο φορές που έπεσε πάνω τους ένα καυτό υγρό προτού χάσουν την αντοχή τους.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το αδύναμο σημείο δεν ήταν η ιδέα, αλλά το έτοιμο τελικό χρώμα. Η στρατηγική μόνωσης παρέμεινε άθικτη, υποδεικνύοντας ότι οι μελλοντικές εκδόσεις θα μπορούσαν να διαρκέσουν ακόμη περισσότερο με πιο ανθεκτικά εξωτερικά στρώματα.
Για να αποδείξει την εφαρμογή της ιδέας εκτός εργαστηρίου, η ομάδα εφάρμοσε την επίστρωση σε μεγάλες μεταλλικές πλάκες, σωλήνες με καμπύλες και κοινά υγρά που χρησιμοποιούνται στην κουζίνα, όπως ζεστό γάλα, καφέ, ακόμη και σούπα μπιζελιού. Αυτά τα υγρά άφησαν λιγότερο από ένα τοις εκατό υπολείμματα στις επιφάνειες που είχαν υποστεί επεξεργασία με MISH.
«Είμαστε ενθουσιασμένοι με τις πιθανές εφαρμογές αυτής της προσέγγισης, αλλά υπάρχει και περιθώριο για περαιτέρω βελτίωση», δήλωσε ο Πρέστον. Η ομάδα διερευνά τώρα πιο ανθεκτικά και θερμικά σταθερά ανώτερα στρώματα, καθώς και αρχιτεκτονικές επικάλυψης που ξεπερνούν τις απλές μεθόδους ψεκασμού.
«Μόλις μπορέσετε να αποτρέψετε την προσκόλληση ζεστών υγρών, πολλά προβλήματα αρχίζουν να εξαφανίζονται», κατέληξε ο Πρέστον σε δελτίο τύπου . «Αυτό είναι που κάνει αυτή τη μέθοδο συναρπαστική. Ανοίγει την πόρτα σε επιφάνειες που συμπεριφέρονται όπως τις σχεδιάσαμε, ακόμη και υπό σκληρές συνθήκες».
Δείτε το ΒΙΝΤΕΟ ΕΔΩ
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Applied Materials & Interfaces .
