Издавна известно, что чем больше шероховатость поверности, тем больше ее смачивающая способность. Современные технические возможности создания нанообъектов позволяют получать сложнейшие поверхности, в которых эффект смачивания достигает высоких значений по сравнению с плоскими поверхностями. Материалы с такими поверхностями называют супергидрофильными, если угол контакта с водой около 0°, или супергидрофобными, если угол контакта около 180°.
В данной работе ученые предлагают создание нового типа настраеваемой наноструктурированной поверхности, на которой жидкость «закрепляется» в электрически контролируемом несмачиваемом состоянии. Это дает возможность создания настраеваемых суперлиофобных поверхностей, которые, к примеру, могут демонстрировать как полную смачиваемость, так и полное «отталкивание» жидкости в зависимости от напряжения поверхности. В качестве таких поверхностей были созданы «наногвозди» высотой около 7 мкм (рис. 1-3), каждый из которых состоял из проводящего кремниевого основания и диэлектрической «шляпки» из оксида кремния. При этом всю структуру покрыли тонким конформным слоем фторполимера с малой поверхностной энергией. Но совсем не обязательно использовать именно «гвозди», достаточно создать поверхность с наноразмерными «выступами»: сотовидная геометрия поверхности (рис. 4) проявляет примерно такие же свойства, как и «наногвозди». При этом период синтезированной гексогональной сетки составлял 30 мкм.
При изучении суперлиофобного поведения подложек с наноструктурами использовался целый ряд жидкостей со слабым поверхностным натяжением. В результате образовывались высокоподвижные капельки используемых жидкостей с углом контакта, превосходящим 131° (в некоторых случаях достигая 150° на «наногвоздиках» с шагом спирали 0.9 мкм и 2 мкм , см. рис. 5).
Приложение электрического напряжения и последующее возникновение разности потенциалов между жидкостью и проводящей частью «наногвоздиков» или сотововидной структуры приводит к переключению между суперлиофобным и гидрофильным состояниями. На рисунке 6 показано такое переключение, а на рисунке 7 представлена зависимость косинуса контактного угла от квадрата приложенного напряжения для гексагональной сетки.
Таким образом впервые ученые продемонстрировали контролируемые с помощью электрического напряжения суперлиофобные поверхности и предложили использование 3D топографии для фиксирования жидкости в динамически контролируемом метастабильном состоянии.
