Ученые разработали метод создания материалов, которые способны отталкивать практически все жидкости и при этом могут растягиваться в пять раз, не теряя своих качеств.
Эти материалы могут отталкивать не только воду, но и агрессивные химические вещества, такие как кислоты и щелочи. Это делает их весьма полезными в различных областях, включая инновационные медицинские пластыри и эластичную носимую электронику.
«Суперомниофобные материалы способны отталкивать практически любые жидкости, включая очень агрессивные кислоты и растворители, так же эффективно, как и воду, — поясняет соавтор исследования, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Университета штата Северная Каролина Арун Кумар Кота. — Они могут быть использованы в множестве сфер, включая создание мягких роботов, которым нужно выдерживать агрессивные условия, растягиваться и изменять свою форму».
Обычно суперомниофобные материалы создаются путем распыления раствора с наночастицами на поверхность, что формирует микрошероховатый защитный слой, способствующий отталкиванию капель жидкости. Однако при растяжении такой слой быстро отслаивается: если увеличить длину материала всего в два раза, его свойства теряются. В предыдущих исследованиях команда Коты частично решила эту проблему, создавая микровыступы на поверхности — мелкие столбики размером от 10 до 100 микрон.
«Это, конечно, очень упрощенная аналогия, но представьте, что мои вытянутые руки — это материал, а растущие на них волосы — это микровыступы, — объясняет ученый. — Если потянуть за руки, волосы не испытывают напряжения и остаются нетронутыми, что означает, что материал до определенного предела растяжения сохраняет свои свойства».
В новом исследовании специалисты пошли еще дальше: вместо распылительного покрытия они применили лазерную абляцию, что позволило им одновременно создать и микровыступы, и шероховатую поверхность, обеспечивающую отталкивающие свойства. Для определения оптимальных параметров лазера — мощность, скорость и частоту импульсов — ученые использовали машинное обучение. Система анализировала, при каком сочетании настроек достигается необходимый «угол скольжения», то есть насколько легко капли жидкости отталкиваются от поверхности, избавив ученых от необходимости проводить тысячи экспериментов для нахождения нужных параметров методом проб и ошибок.
Метод был протестирован на силоксановом эластомере, модифицированном фторуглеродным силаном. Полученный материал сохранял суперомниофобные свойства при растяжении до пяти раз и выдерживал более 5000 циклов растяжений и сжатий.
«Мы создали платформу для производства растягивающихся суперомниофобных материалов без использования агрессивных химических растворителей, — заявляет Кота. — Это более экологичный и экономичный способ создания материалов для применения в самых различных сферах нашей жизни».
Фото: hi-tech.mail.ru