Гидрофобность по заказу. Ученые предлагают все новые способы избавления от прилипания

Юрий Михайлович Евдокимов, профессор химии, член Центрального правления Нанотехнологического общества России.

Прилипание теста к пресс-формам при выпечке хлеба, налипание микроорганизмов к днищу судов, обледенение самолетов, тромбообразование, кариес, загрязнение фасадов домов, стекол, запыление мебели, прилипание жевательной резинки к полу, тротуарам, прочное прилипание лунной пыли к обуви и поверхности скафандров, кому-то не хочется оставлять отпечатки пальцев на различных предметах… Как же быть?

Так как большинство типов взаимодействия возникает при очень малых (молекулярных) расстояниях между телами, то один из способов устранения прилипания или уменьшения его – увеличение зазора в системе адгезив–подложка. К примеру, для уменьшения прочности прилипания, или адгезионной прочности (АП), липкого пластыря к коже человека достаточно слегка смочить липкую поверхность водой. Дополнительная толщина водной прослойки приведет к понижению АП. Электростатическое взаимодействие также небезразлично к присутствию водной прослойки, даже тончайшей, – ведь адгезия явление поверхностное.

Другой путь понижения АП – создание специальной топологии или архитектуры поверхности склеивания. Например, листья лотоса и его цветы не загрязняются, так как поверхность их состоит из микровыступов высотой около 10 мкм (10-6 метра), а сами микровыступы покрыты микроволоконцами. Последние содержат слой воскообразного вещества (кутикула). Все это приводит к тому, что вода отталкивается от поверхности лотоса и стекает с него, унося загрязнения. Поэтому издревле лотос считался чистым цветком, почти священным.

Перенимая природный опыт и дополняя его наработанными знаниями, человечество многого добилось в области избавления от прилипания. Надо помнить, что для химиков отходов нет, есть лишь вещества и соединения, не нашедшие пока свою коммерческую нишу, или не доведенные «до ума» материалы. Это касается и материалов антиадгезионного свойства. Наверняка что-то лежит под ногами…

В последнее время появились оригинальные способы создания поверхностей с антиадгезионными свойствами. Это поверхности подложек с нанесенными на них вертикально углеродными нанотрубками (УНТ). Получаются поверхности по типу лотос-эффекта. Принцип устройства подобных поверхностей прост. Сложите плотно друг к другу ребрами лезвия от безопасной бритвы. Размер кромок лезвий близок к размерам бугорков-выступов на листе лотоса. Если теперь поместить каплю воды на такую поверхность, то капля начнет «бегать» по ней, как капля ртути!

Можно указать и на работы советского физика Якова Гегузина (книга «Капля»), который подметил особенность листьев растений с щетинками: на обратной стороне листа, где расположены устьица, через которые испаряется вода, вода собирается в капли, как в невесомости. И было это задолго до получения поверхностей с уложенными на них УНТ. Гегузиным приведены и условия, при которых капля жидкости будет прилипать к наклонной поверхности или скатываться.

А вот что сделано в последнее время, так это разработаны способы управляемой смачиваемости за счет воздействия внешнего электрического поля, деформации (растяжения) тканей. Получены синтетические ткани, пропитанные полимером с супергидрофобными свойствами, не желающими ничего впитывать. Более того, даже лист лотоса смачивается маслом, а подобные ткани – нет. «Отключение» супергидрофобности достигается при различном растяжении ткани. Угол смачивания подобной ткани водой приближается к 180 градусам (для лотоса – 150–160 градусов).

Китайские ученые создали покрытия по стеклу на основе полистирольных шариков с нанесенным на них 50-нанометровым слоем частичек оксида кремния. Поверхность таких стекол не загрязняется и не запотевает. Работы подобного рода множатся, как снежный ком.

Получены также полноцветные отпечатки узоров на пальцах с визуализацией по принципу работы фотонных кристаллов. Таким образом, появляется возможность более тонких методов дактилоскопии. А любителям избавления от отпечатков пальцев остается работать в перчатках. Правда, можно их не надевать на руки, а наносить полимерную пленку, невидимую глазом. Так, в древности племена майя изготавливали перчатки и носки, окуная руки или ноги в латекс (сок гевеи бразильской). В принципе по схожей технологии до сих пор изготавливают резиновые изделия № 2 (по советской терминологии).

Независимая газета