„Rice University“ mokslininkai sukūrė daugiasluoksnę, šilumą izoliuojančią superhidrofobinę dangą, kuri atstumia beveik verdantį vandenį, taip pat karštą pieną, kavą ir žirnių sriubą. Svarbiausia tai, kad net esant aukštai temperatūrai danga 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 puikiai atstumia vandenį, šią savybę dažniausiai praranda jau maždaug ties 40 °C. Tuomet karšti lašai ima prilipti, įsiskverbia į paviršiaus mikrotekstūrą ir palieka drėgnas dėmes.
Kaip pavyko išspręsti problemą?
Tyrėjai problemą išsprendė pakeitę ne tik medžiagos cheminę sudėtį ir tekstūrą, bet ir patį požiūrį į šilumos perdavimą. Jie sukūrė dviejų sluoksnių sistemą.
Apatinį sluoksnį sudaro purškimo būdu užnešama šilumą izoliuojanti poliuretaninė puta. Viršutinis sluoksnis – mikrotekstūrinė, vandenį atstumianti danga, pagaminta iš komerciškai prieinamos medžiagos.
Izoliacinis sluoksnis sulėtina šilumos perdavimą nuo karšto lašo į paviršių. Dėl to susilpnėja 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. Todėl 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 sąlyčio taške. Tai, savo ruožtu, slopina garavimo ir kondensacijos ciklus, kurie paprastai „užpildo“ paviršiaus tekstūrą drėgme. Pasak jo, anksčiau panašūs sprendimai būdavo sudėtingi ir galėjo kainuoti net tūkstančius kartų brangiau.
Prestonas taip pat pabrėžė, kad technologija buvo išbandyta ne tik laboratorijoje, bet ir realiomis sąlygomis – ant didelių bei 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 tie, kurie turėjo storesnį izoliacinį sluoksnį, vandens atstūmimo savybes išlaikė ilgiau nei 80 valandų (tai prilygsta maždaug milijonui lašų smūgių), ir tik vėliau pamažu ėmė dilti.
Silpnoji vieta ir tobulinimo kryptys
Silpniausia sistemos vieta pasirodė esanti ne pati idėja, o viršutinis sluoksnis, pagamintas iš komercinės medžiagos. Tyrėjai pažymi, kad naudojant atsparesnį išorinį sluoksnį danga galėtų veikti dar ilgiau.
Komanda taip pat tikrino paviršius karšto vandens srovėmis, siekdama atkartoti tiek taškinius aptaškymus, tiek nuolatinį kontaktą su skysčiu. Danga buvo padengtos didelės metalinės plokštės ir lenkti vamzdžiai, o bandymai atlikti 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 pritaikymo potencialą ir planuoja ją toliau tobulinti: kurti viršutinius sluoksnius, atsparesnius temperatūrai ir dilimui, bei ieškoti naujų dangų architektūrų. Jo teigimu, kai karšti skysčiai neprilimpa prie paviršiaus, galima išvengti daugybės vėlesnių problemų ir užtikrinti, kad medžiagos veiktų taip, kaip numatyta, net sudėtingomis sąlygomis.
