Efekt salwinii – drukowane przestrzennie, superhydrofobowe struktury inspirowane naturą

0

Badacze z Viterbi School of Engineering opracowali metodę wytwarzania superhydrofobowych powierzchni inspirowanych naturą. Hydrofobowość wynika z pokrycia materiału mikrostrukturami, które wydrukowano autorską metodą ISA-3D printing, które przypominają kształtem trzepaczki do jajek. Pokryta nimi powierzchnia może być wykorzystana do oddzielania wody od oleju, ale jej potencjał aplikacyjny jest właściwie niewyczerpany.

Często podawanym przykładem naturalnej powierzchni o właściwościach hydrofobowych są liście lotosu. Dzięki specyficznej nanostrukturze pokrywających je kryształów wosku, liście mają zdolność do „samooczyszczania”. Ciekawszym przykładem są liście salwinii, wodnej paproci. Ich powierzchnia usłana jest mikrostrukturami przypominającymi trzepaczki do jajek (nie takie w kształcie lejkowatej sprężyny, ale takie, które wyglądają bardziej jak buława). Wcześniej podobne struktury udało się uzyskać przez osadzenie węglowych nanorurek na stali, ale zespół dra Yong Chena pokazał, że lepiej zrealizować to korzystając z druku 3D.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie Advanced Materials opisano metodę produkcji bioinspirowanych, trzepaczkowatych mikrostruktur. Wzorowano się na liściach salwinii, ale wykorzystanie autorskiej technologii druku 3D pozwoliło dowolnie modyfikować geometrię struktur. Metoda nazwana przez autorów ISA-3D printing (immersed surface accumulation 3-D printing), polega na utwardzaniu żywicy światłem, podobnie jak SLA, ale zamiast lasera wykorzystuje zanurzony w żywicy i precyzyjnie kierowany światłowód.

Żeby wydrukować mikrotrzepaczki do żywicy dodano nanorurki węglowe, które zwiększyły chropowatość powierzchni, zapewniły odpowiednią wytrzymałość mechaniczną wydruków i zapobiegły gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych na powierzchni.

Nowy materiał jest ciekawy nie tylko ze względu na swoją superhydrofobowość. Posiada on także zdolność absorbowania oleju, co w połączeniu umożliwia wykorzystanie go do wydajnego oddzielania oleju od wody. Naukowcy planują skupić się na dalszym rozwoju nowych powierzchni w celu opracowania metody pochłaniania oleju rozlanego na zbiornikach wodnych – stosowane obecnie rozwiązania są niezwykle energochłonne.

„Efekt salwinii” ma też wiele innych ciekawych zastosowań. Opracowanie struktur o sterowanej geometrii umożliwiłoby konstruowanie robotów „chwytających” i przenoszących bezstratnie mikrolitry cieczy. W opisywanej pracy zademonstrowano, że odpowiednio zaprojektowane powierzchnie utrzymują krople nawet podczas szybkich ruchów i pod każdym kątem. Zdolność wydajnego, automatycznego przenoszenia bardzo małych objętości może doprowadzić do przełomowych wynalazków z różnych dziedzin: syntezy chemicznej (mikroreaktory), hodowli komórkowej (hodowla przestrzenna w kroplach) czy diagnostyki (oszczędne systemy analizowania składu krwi).

Żródła: publikacja źródłowaviterbischool.usc.edu

Udostępnij.

O autorze

Wojtek Lipiński

Chemik (organik) z zawodu i z zamiłowania, student Politechniki Łódzkiej. Entuzjasta klasycznej motoryzacji, nauki i techniki.