Tyrėjai Jungtinėse Valstijose sukūrė daugiasluoksnę izoliuojančią superhidrofobinę dangą (MISH), kuri atstumia beveik verdantį vandenį, karštą pieną, kavą ir žirnių sriubą. Tokia danga padeda „niekada nešlampantiems“ paviršiams išlikti efektyviems net esant aukštai temperatūrai.
Mokslininkai iš „Rice University“ pasiūlė naują sprendimą superhidrofobiniams paviršiams, eksperimentuodami ne tik su medžiagos chemine sudėtimi ir tekstūra, bet ir su šilumos srauto valdymu.
Superhidrofobiniai paviršiai yra itin atsparūs vandeniui. Jie imituoja lotoso lapo savybes ir priverčia vandens lašus nuriedėti vos šiek tiek pakreipus paviršių. Tačiau jų pagrindinė silpnoji vieta – karštas vanduo.
Kai temperatūra pasiekia maždaug 104 °F (40 °C), daugelis tokių dangų staiga praranda vandens atstūmimo savybes. Užuot lengvai nuriedėję, karšti lašai ima prilipti, įsiskverbia į paviršiaus tekstūrą ir palieka šlapias dėmes.
Šilumos poveikio problema ir jos sprendimas
Siekdama išspręsti šią problemą, tyrėjų komanda sukūrė dangą, kuri atstumia vandenį net tuomet, kai jo lašų temperatūra artėja prie 194 °F (90 °C). MISH struktūra sudaryta iš dviejų sluoksnių: izoliacinio pagrindo sluoksnio (purškiamos poliuretano putos) ir mikroreljefinio superhidrofobinio viršutinio sluoksnio (komerciškai prieinamos purškiamos dangos).
Apatinis izoliacinis sluoksnis sulėtina šilumos perdavimą iš karšto lašo į paviršių. Taip išvengiama greito garavimo ir kondensacijos ciklo, kuris paprastai sunaikina oro kišenėles, atsakingas už vandens atstūmimą.
„Izoliacinis sluoksnis sumažina karšto lašo atvėsimą sąlyčio taške, todėl sulėtėja garavimo ir pakartotinės kondensacijos ciklai, kurie paprastai užpildo paviršiaus tekstūrą kondensatu“, – aiškino Danielis J. Prestonas, mechanikos inžinerijos docentas „Rice University“ ir pagrindinis tyrimo autorius.
„Mažiau kondensato paviršiaus tekstūroje reiškia mažiau skystų „tiltų“, kurie suardo vandens atstūmimą“, – pridūrė jis. Nesusidarant šiems kondensato tilteliams, net ir beveik verdantys lašai toliau lengvai nuslysta nuo paviršiaus.
Prestonas taip pat pabrėžė, kad iki šiol tokio tipo sprendimus buvo sudėtinga įgyvendinti, o jų kaina galėjo būti iki 4000 kartų didesnė, palyginti su naujai pasiūlytu metodu. Jo teigimu, ši danga veiksminga ne tik laboratorinėmis sąlygomis, bet ir realiose situacijose ant didelių ir išlenktų paviršių – nuo vamzdžių ir dubenų iki pramoninės įrangos.
Bandymų rezultatai realiomis sąlygomis
Mokslininkai savaitę laiko bandė dangos pavyzdžius, nuolat apšaudydami juos karštais vandens lašais – iš viso beveik dviem milijonais smūgių. Įprastos dangos suiro beveik iš karto.
Tuo tarpu MISH dengti paviršiai, ypač su storesniu izoliaciniu sluoksniu, išlaikė vandens atstūmimo savybes ilgiau nei 80 valandų – tai yra apie milijoną lašų smūgių – ir tik po to pamažu pradėjo prarasti efektyvumą.
Tyrėjų teigimu, silpnoji vieta buvo ne pati izoliavimo strategija, o naudojamas standartinis viršutinis sluoksnis. Tai rodo, kad ateityje dar patvaresnės išorinės dangos galėtų užtikrinti dar ilgesnį tokios sistemos tarnavimo laiką.
Siekdama įrodyti sprendimo pritaikomumą už laboratorijos ribų, komanda užpurškė dangą ant didelių metalinių plokščių, išlenktų vamzdžių bei paviršių, kurie dažnai liečiasi su virtuvėje naudojamais karštais skysčiais – pienu, kava ir tiršta žirnių sriuba. Ant MISH dengto paviršiaus šie skysčiai paliko mažiau nei 1 procentą nuosėdų. Palyginimui, ant įprastomis dangomis padengtų paviršių jų likdavo daugiau kaip 31 procentas.
„Džiaugiamės šio metodo taikymo galimybėmis, tačiau dar yra erdvės tobulėjimui“, – sakė Prestonas. Šiuo metu komanda ieško dar atsparesnių ir termiškai stabilesnių viršutinių dangų bei nagrinėja sudėtingesnes, ne vien purškimo būdu dengiamas struktūras.
„Kai tik pavyksta neleisti karštiems skysčiams prikibti prie paviršiaus, daug vėlesnių problemų tiesiog išnyksta“, – reziumavo Prestonas. – „Būtent tai ir daro šį metodą įdomų: jis atveria kelią paviršiams, kurie elgiasi taip, kaip buvo suprojektuoti, net esant atšiaurioms sąlygoms.“
