Pamirškite šveitimą: mokslininkai sukūrė paviršių, prie kurio neprilimpa net verdanti kava

Mokslininkai iš „Rice University“ sukūrė daugiasluoksnę izoliuotą superhidrofobinę dangą, kuri atstumia beveik verdantį vandenį, karštą pieną, kavą ir žirnių sriubą ir net esant aukštai temperatūrai išlaiko savo savybes.

Kalbama apie vadinamąją MISH dangą. Ji neleidžia skysčiams užsibūti ant paviršiaus net tada, kai jų temperatūra siekia apie 90 °C. Įprastos superhidrofobinės medžiagos, kurios gerai atstumia vandenį, šią savybę dažniausiai praranda jau ties maždaug 40 °C. Tokiu atveju karšti lašai ima prilipti, įsiskverbia į paviršiaus mikrotekstūrą ir palieka drėgnas dėmes.

Kaip pavyko išspręsti problemą?

Tyrėjai išsprendė šią problemą pakeitę ne tik medžiagos cheminę sudėtį ir tekstūrą, bet ir požiūrį į šilumos perdavimą. Jie sukūrė dviejų sluoksnių sistemą.

Apatinis sluoksnis – tai purškimu užnešama šilumą izoliuojanti poliuretaninė puta. Viršutinis sluoksnis – mikrotekstūrinė vandenį atstumianti danga iš komerciškai prieinamos medžiagos.

Izoliacinis sluoksnis sulėtina šilumos perdavimą nuo karšto lašo į paviršių. Taip sumažinami garavimo ir pakartotinės kondensacijos procesai, kurie paprastai ardo oro kapsules medžiagos tekstūroje ir lemia vandens atstūmimo savybių praradimą. Kuo mažiau kondensato, tuo mažiau skysčio „tiltelių“, per kuriuos lašas gali įsitvirtinti ant paviršiaus. Dėl to net beveik verdantys lašai ir toliau nuslysta nuo dangos.

Tyrimų rezultatai ir bandymai

Vienas iš tyrimo autorių, Danielis Prestonas, paaiškino, kad izoliacinis sluoksnis sumažina karšto lašo atvėsimą kontakto taške, o tai, savo ruožtu, mažina garavimo ir kondensacijos ciklus, kurie paprastai užpildo paviršiaus tekstūrą drėgme. Pasak jo, anksčiau panašūs sprendimai buvo sudėtingi ir galėjo kainuoti tūkstančius kartų brangiau.

Prestonas taip pat pažymėjo, kad technologija buvo išbandyta ne tik laboratorijoje, bet ir realiomis sąlygomis – ant didelių ir lenktų paviršių, pavyzdžiui, vamzdžių, dubenų ir pramoninės įrangos.

Bandomųjų tyrimų metu dangos pavyzdžiai savaitę buvo veikiami beveik dviejų milijonų karštų lašų. Įprastos dangos savo savybes prarasdavo beveik iš karto. MISH danga padengti paviršiai, ypač turintys storesnį izoliacinį sluoksnį, vandens atstūmimo savybes išlaikė daugiau kaip 80 valandų – tai prilygsta maždaug milijonui lašų smūgių – ir tik po to pamažu pradėjo dilti.

Silpnoji vieta ir tobulinimo kryptys

Silpniausia sistemos vieta pasirodė esanti ne pats principas, o viršutinis sluoksnis iš komercinės medžiagos. Tyrėjai pažymi, kad naudojant atsparesnį išorinį sluoksnį, danga galėtų veikti dar ilgiau.

Komanda taip pat tikrino paviršius karšto vandens srovėmis, mėgindama atkartoti taškinius aptaškymus ir nuolatinį kontaktą su skysčiu. Danga buvo padengtos didelės metalinės plokštės, lenkti vamzdžiai ir išbandytos su karštu pienu, kava ir žirnių sriuba. Po bandymų ant apdorotų paviršių liko mažiau nei 1 % skysčio likučių. Palyginimui, ant įprastomis dangomis padengtų paviršių šis rodiklis viršijo 31 %.

Pasak Prestono, komanda mato didelį šios technologijos taikymo potencialą ir planuoja ją tobulinti: kurti atsparesnius temperatūrai ir dilimui viršutinius sluoksnius bei naujas dangų architektūras. Jo teigimu, jei karšti skysčiai neprilimpa prie paviršiaus, tai padeda išvengti daugybės tolesnių problemų ir leidžia medžiagoms veikti taip, kaip numatyta, net ir sudėtingomis sąlygomis.