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 veiksmingiems net esant aukštai temperatūrai.
„Rice University“ mokslininkai pasiūlė naują sprendimą superhidrofobiniams paviršiams, eksperimentuodami ne tik su medžiagos chemine sudėtimi ir tekstūra, bet ir su šilumos srauto valdymu.
Superhidrofobiniai paviršiai pasižymi itin dideliu atsparumu vandeniui. Jie imituoja lotoso lapo savybes ir priverčia vandens lašus nuriedėti nuo paviršiaus jį vos šiek tiek pakreipus. Vis dėlto pagrindinė tokių dangų silpnoji vieta yra karštas vanduo.
Kai temperatūra pasiekia maždaug 40 °C, dauguma superhidrofobinių dangų staiga praranda vandens atstūmimo savybes. Užuot lengvai nuriedėję, karšti lašai ima prilipti, įsiskverbia į paviršiaus mikrostruktūrą ir palieka šlapias dėmes.
Šilumos poveikio problema ir jos sprendimas
Siekdama išspręsti šią problemą, tyrėjų komanda sukūrė dangą, kuri atstumia vandenį net tuomet, kai lašų temperatūra artėja prie 90 °C. MISH struktūrą sudaro du sluoksniai: izoliacinis pagrindas (purškiamos poliuretano putos) ir mikroreljefinis superhidrofobinis viršutinis sluoksnis (komerciškai prieinama purškiama danga).
Apatinis izoliacinis sluoksnis sulėtina šilumos perdavimą iš karšto lašo į paviršių. Dėl to išvengiama greito garavimo ir kondensacijos ciklo, kuris įprastai 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, „Rice University“ mechanikos inžinerijos docentas 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 pabrėžė, kad iki šiol panašius sprendimus buvo sudėtinga įgyvendinti, o jų kaina galėjo būti iki 4000 kartų didesnė nei naujai pasiūlyto metodo. Pasak jo, ši danga veiksminga ne tik laboratorijoje, bet ir realiomis sąlygomis ant didelių bei išlenktų paviršių – nuo vamzdžių ir dubenų iki pramoninės įrangos.
Bandymų rezultatai realiomis sąlygomis
Mokslininkai savaitę bandė dangos pavyzdžius, nuolat juos veikdami karštais vandens lašais – iš viso beveik dviem milijonais smūgių. Įprastos dangos suiro beveik iš karto.
Tuo tarpu MISH dengti paviršiai, ypač turintys storesnį izoliacinį sluoksnį, vandens atstūmimo savybes išlaikė ilgiau nei 80 valandų (apie milijoną lašų smūgių) ir tik vėliau pamažu pradėjo prarasti efektyvumą.
Tyrėjų teigimu, silpnoji vieta buvo ne pati izoliavimo strategija, o standartinis viršutinis sluoksnis. Tai rodo, kad ateityje patvaresnės išorinės dangos galėtų užtikrinti dar ilgesnį tokios sistemos tarnavimo laiką.
Norėdama įrodyti sprendimo pritaikomumą už laboratorijos ribų, komanda užpurškė dangą ant didelių metalinių plokščių, išlenktų vamzdžių ir paviršių, kurie dažnai liečiasi su virtuvėje naudojamais karštais skysčiais – pienu, kava bei tiršta žirnių sriuba. Ant MISH dengto paviršiaus šie skysčiai paliko mažiau nei 1 % nuosėdų. Palyginimui, ant įprastomis dangomis padengtų paviršių likdavo daugiau kaip 31 %.
„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 struktūras, kurias būtų galima formuoti ne vien purškimo būdu.
„Kai tik pavyksta neleisti karštiems skysčiams prikibti prie paviršiaus, daugelis 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.“
