Исследователи из National Institute of Standards and Technology (США) изобрели удобный способ получения поверхностей, обладающих контроллируемой смачиваемостью. Таким образом, одна и та же поверхность может содержать как супергидрофильные, так и супергидрофобные участки, включая все промежуточные.
Ученые позаимствовали идею у африканского жучка stenocara, живущего в безводной пустыне Намиб. Тот добывает себе воду, подставляя ветру свои шероховатые крылышки – выпуклости на них гидрофильны, а остальная поверхность гидрофобна. Поэтому немногочисленные молекулы воды, чудом попадающие на крылья, собираются в капельки на этих выпуклостях и оттуда попадают в рот смекалистого насекомого, стекая по специальным канавкам.
Сначала исследователи сформировали поверхностную матрицу из 11-нанометровых гранул SiO2 (органические частицы на крыльях жука примерно в тысячу раз крупнее). Это покрытие определяет исходные супергидрофобные свойства поверхности. Для изменения смачиваемости гранулы были покрыты гидрофильным веществом. Новизна состоит в том, что был использован фоточувствительный материал – чем дольше поверхность освещается ультрафиолетом, тем гидрофильнее она становится. Таким образом, легко можно создавать поверхности с заданным градиентом смачиваемости.
Эта же методика может быть использована для создания поверхностей с изменяемым сродством к другим жидкостям, например, спирту.
Первым очевидным применением этой технологии является тестирование адгезионных свойств веществ (например, красок) – вместо множества различных поверхностей ими можно покрыть одну, комбинирующую все возможные смачиваемости на достаточно малой площади. Возможно также множество других приложений – от сбора и очистки воды до конструирования микроканальных устройств.
Работа была опубликована в журнале Langmuir.
Стоит отметить, что жук stenocara не впервые вдохновляет ученых. В 2001 году необычные способности насекомого были описаны в Nature. В той же работе был указан огромный биомиметический потенциал явления и предприняты первые попытки смоделировать его в искусственных условиях при помощи 0.6-мм стеклянных шариков и воска.
Более всех жучку должны быть благодарны исследователи из группы Michael Rubner из Massachusetts Institute of Technology (США). Они разработали материал для сбора воды, иммитирующий строение крыльев этого насекомого, а также супергидрофобные материалы и незапотевающие покрытия.
Совсем недавно был представлен плазмохимический метод получения супергидрофобно-супергидрофильных комбинированных поверхностей.
Технология, разработанная в NIST и описанная выше, в настоящий момент наиболее удобна для получения поверхностей с переменной смачиваемостью. А что из всего этого получится, мы узнаем в ближайшем будущем.
