Нано

Jul 26, 2023

17 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Филип Ричи, Сиднейский университет

Исследователи из Сиднейского университета наблюдали, как молекулы масла сохраняют свои «жидкоподобные» свойства, когда они химически прикрепляются в виде чрезвычайно тонкого слоя к твердым поверхностям, что открывает новые возможности для разработки экологически чистых материалов с антипригарными характеристиками.

Результаты опубликованы в журнале Angewandte Chemie под руководством доктора Исаака Грешема с соавторами профессором Кьярой Нето и почетным студентом Симусом Лилли из Школы химии и Сиднеем Нано, доктором Калояном Койновым из Института исследований полимеров Макса Планка и Доктор Эндрю Нельсон из Австралийского центра рассеяния нейтронов.

«Жидкоподобные» покрытия, которые изучала команда, известные как скользкие ковалентно-связанные жидкие поверхности (SCALS), производятся из силикона или полиэтиленгликоля, которые в окружающей среде распадаются на безвредные побочные продукты.

SCALS обладают антиадгезионными свойствами без использования проблемных перфторированных полимеров (PFAS), известных как «вечные химикаты», которые обычно используются из-за их низких адгезионных свойств.

«Эти жидкоподобные слои чрезвычайно скользкие по отношению к большинству загрязнений: они легко сбрасывают капли жидкости, что отлично подходит для повышения эффективности теплопередачи и сбора воды, они предотвращают накопление накипи и противостоят прилипанию льда и бактерий». приближая нас на один шаг к самоочищающемуся миру», — сказал профессор Нето, возглавляющий лабораторию наноинтерфейсов в Сиднейском университете.

«Мы можем соотнести исключительные характеристики этих слоев с их наноструктурой — это означает, что теперь мы знаем, к чему стремимся, когда проектируем скользкие поверхности, что позволяет нам сделать их еще более эффективными и предоставить жизнеспособную альтернативу фторированным покрытиям».

Скользкие нанотонкие слои толщиной от двух до пяти миллиардных метра или в 10 000 раз тоньше человеческого волоса состоят из молекул нефти длиной всего в сотню атомов.

«Капля воды скользит без трения по толстой масляной пленке, но если вы полностью удалите масляную пленку, скажем, с помощью мыла, большинство капель воды прилипнут к твердым поверхностям», — сказал профессор Нето.

«Насколько тонким может быть слой масла на твердой поверхности, прежде чем он перестанет быть «жидким»? На наноуровне определение жидкости становится несколько расплывчатым».

Чтобы разгадать секреты своих ультратонких жидких покрытий, команда использовала два метода, чтобы «увидеть» поверхностные слои.

Первый метод — это силовая спектроскопия одиночных молекул, которая измеряет длину отдельных молекул и силу, необходимую для их растяжения или сжатия.

Второй — нейтронная рефлектометрия, которая позволяет ученым измерять длину и плотность прививки молекул.

«Мы обнаружили, что если молекулы жидкости были слишком короткими и редко прививались к твердой поверхности, они не покрывали должным образом нижележащую твердую поверхность и оставались липкими», — сказал профессор Нето.

«С другой стороны, если молекулы были слишком длинными или привиты слишком плотно, они не обладали достаточной гибкостью, чтобы действовать как жидкость.

«Чтобы SCALS были эффективными, они должны находиться в зоне Златовласки, где они не являются ни слишком короткими, ни слишком длинными, ни слишком свободными или слишком плотными».

Чтобы окончательно показать, что исключительные свойства этих слоев обусловлены их «жидкоподобным» состоянием, команда измерила скорость, с которой небольшая молекула-зонд диффундировала внутри слоя.