Cum a făcut laserul metalul superhidrofob (video)

Oamenii de ştiinţă au folosit lasere pentru a transforma metalele în materiale superhidrofobe fără a fi nevoie de straturi de acoperire chimică temporară (înveliş chimic - n.r).

Aceste materiale superhidrofobe sunt de dorit pentru un număr de aplicaţii practice precum prevenirea coroziunii şi a îngheţării sau chiar pentru salubritate. Cu toate acestea, potrivit explicaţiilor cercetătorului Chunlei Guo, cele mai multe materiale hidrofobe actuale se bazează pe acoperire chimică.

Într-o lucrare publicată în Jurnalul de Fizică Aplicată, Guo şi Anatoliy Vorobyev, de la Institutul de Optică al Universităţii din Rochester, descriu o metodă de structurare laser precisă, care creează un model complicat de structuri micro şi nanometrice care conferă metalelor proprietăţi noi.

Acest lucru se bazează pe cercetarea anterioară a echipei în care s-a folosit o tehnică similară cu structurarea laser ce a realizat metale negre. Potrivit lui Guo, cu această tehnică, ei pot crea suprafeţe multifuncţionale care nu sunt numai superhidrofobe, dar, de asemenea, extrem de absorbante optic.

Guo a mai adăugat că unul dintre cele mai mari avantaje al procesului realizat de echipa sa este că "structurile create de laser pe metale sunt parte intrinsecă din suprafaţa materialului". Asta înseamnă că ele nu se vor şterge cu timpul, conferind metalelor proprietăţi hidrofobe.

"Materialul este atât de puternic hidrofob, că apa, de fapt, ricoşează. Apoi aterizează pe suprafaţă din nou, ricoşează din nou, iar apoi se rostogoleşte de pe suprafaţă", menţionează profesorul de optică Guo. Întregul proces durează mai puţin de o secundă.

Mai alunecoase ca teflonul

Materialele create de Guo sunt cu mult mai alunecoase faţă de teflon - un material hidrofob comun, care de multe ori este aplicat ca înveliş pe tigăi pentru a le face neaderente. Dar, spre deosebire de metalele tratate cu laser ale lui Guo, instrumentele de bucătărie cu teflon nu sunt superhidrofobe.

Diferenţa este că pentru a face apa să se rostogolească de pe un material acoperit cu teflon, este nevoie de înclinarea suprafeţei acestuia cu un unghi de aproximativ 70 de grade înainte ca apa să înceapă să alunece. Apa alunecă de pe metalele Guo prin înclinarea lor cu mai puţin de cinci grade.

Deoarece apa sare de pe suprafeţele superhidrofobe, ea colectează, de asemenea, particulele de praf pe care le ia cu ea. Pentru a testa această proprietate de auto-curăţare, Guo şi echipa sa au colectat praful dintr-un aspirator şi l-au aşezat pe obiectul a cărui suprafaţă fusese tratată. Aproximativ jumătate din particulele de praf au fost îndepărtate cu doar trei picături de apă. A fost nevoie doar de o duzină de picături pentru ca suprafaţa să rămână imaculată. Mai mult, ea a rămas complet uscată.

Latrine şi canale

Guo este entuziasmat de potenţialele aplicaţii practice ale materialelor superhidrofobe în ţările în curs de dezvoltare.

"În aceste regiuni, colectarea apei de ploaie este vitală şi folosirea materialelor superhidrofobe ar putea creşte eficienţa fără a fi nevoie de utilizarea canalelor mari, cu unghiuri ascuţite, pentru a preveni apa să adere pe suprafaţă", notează Guo. "O a doua aplicare ar putea fi crearea de latrine care sunt mai curate şi mai sănătoase de folosit".

Păstrarea latrinelor curate în locurile cu puţină apă este o mare problemă. Prin încorporarea de materiale superhidrofobe, o latrină ar putea rămâne curată fără a fi nevoie de spălarea cu apă.

Dar rămân încă probleme de rezolvat înainte ca aceste aplicaţii să poată deveni realitate, spune Guo. În prezent este nevoie de o oră pentru a modela un eşantion de metal cu dimensiunile de 2,54 centimetri pe 2,54 centimetri, iar extinderea acestui proces este necesară înainte de a putea fi implementat în ţările în curs de dezvoltare. De asemenea cercetătorii caută modalităţi de aplicare a tehnicii altor materiale nemetalice.

Guo şi Vorobyev folosesc impulsuri cu laser extrem de puternice, dar ultra-scurte (de ordinul femtosecundelor), pentru a schimba suprafaţa metalelor. Durata impulsurilor de femtosecunde este de ordinul a unei quadrillion de secundă, dar atinge o putere echivalentă cu cea a vârfurilor de sarcină a întregii reţele electrice a Americii de Nord.

Metalele multifuncţionale

Guo sublinieză că această tehnică poate da naştere metalelor multifuncţionale.

Metalele sunt în mod natural reflectoare excelente de lumină. De aceea ele par să aibă un luciu strălucitor. Făcându-le negre, ele pot deveni foarte eficiente pentru absorbţia luminii. Combinaţia proprietăţilor de absorbţie a luminii împreună cu dezvoltarea metalelor hidrofobe ar putea duce la crearea unor colectori solari mai eficienţi, care nu ruginesc şi nu au nevoie de multă curăţare.

Anterior, echipa lui Guo a folosit laserul ca să facă metale hidrofile, ceea ce înseamnă că atrag apă. De fapt, materialele au fost atât de hidrofile încât punerea lor în contact cu o picătură de apă a făcut apa "să urce".

Echipa se concentrează acum pe creşterea vitezei de structurare a suprafeţelor cu laser (trasarea unei nanostructuri pe metal), precum şi pe studierea modului de a extinde această tehnică la alte materiale, cum ar fi semiconductorii sau dielectricele, deschizând astfel posibilitatea creării electronicelor hidrofobe.

Fundaţia Bill & Melinda Gates şi Biroul de Cercetări Ştiinţifice Air Force al SUA au finanţat activitatea de cercetare.

Acest articol a fost publicat iniţial la Futurity.org

Dacă v-a plăcut acest articol, va invităm să vă alăturaţi, cu un Like, comunităţii de cititori de pe pagina noastră de Facebook.