Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Материалы SLIPS: больше, чем гидрофобные

Ключевые слова:  "эффект лотоса", SLIPS, несмачиваемость, периодика, супергидрофобный

Автор(ы): Поверенная Мария

Опубликовал(а):  Поверенная Мария

17 августа 2012

Ученые Гарварда создали новое поколение супергидрофобных покрытий. Как и в случае «эффекта лотоса» идея материала позаимствована у природы - на сей раз у цветка непентеса. Новые пористые покрытия SLIPS (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) плохо смачиваются практически с любой жидкостью. Похоже, что в будущем можно будет не беспокоиться о возможности испачкать одежду маслом, краской и др., ведь на смену супергидрофобным материалам придут «мультифобные».

Предпосылки к созданию

Простой, недорогой и прочный материал, плохо смачиваемый водой и маслом, имеющий очень низкую адгезию к твердым телам, может найти применение в огромном количестве приложений: от биомедицинских приборов до покрытий нефте- и водопроводов.

Часто взаимодействие между жидкостями и различными поверхностями являются нежелательными: они ограничивают сроки службы материалов в транспортных системах, являются причиной обледенения ЛЭП, приводят к различным загрязнениям, в особенности, создают условия для развития бактерий.

До недавнего времени наиболее перспективными покрытиями считались поверхности, смоделированные по образцу листьев лотоса, микро- и наношероховатости которых обеспечивали супергидрофобность и, как следствие, способность самоочищения (при скатывании с поверхности листьев капли воды удаляют частички пыли и грязи).

Эффект лотоса: капли катятся по поверхности листа, захватывая посторонние частицы (компьютерная графика). Автор: William Thielicke

Однако, несмотря на интенсивные исследования в этой области в течение более десяти лет, ученые по-прежнему сталкиваются с проблемами, которые ограничивают практическое применение этих материалов: недостаточная олеофобность, невозможность работы в условиях повышенных механических нагрузок и температур, а также большая себестоимость.

Технология SLIPS

Группе ученых под руководством профессора Джоанны Айзенберг (Joanna Aizenberg, Ph.D.) в Wyss Institute at Harvard University удалось преодолеть указанные недостатки, разработав технологию SLIPS, позволяющую создавать «суперфобные» покрытия на основе пористых структур. По словам ученых, идея разработки была навеяна цветком непентеса кувшинчикового (the Nepenthes), известного своим плотоядным характером по отношению к насекомым.

Цветок непентеса кувшинчикового (the Nepenthes), наноразмерный рельеф его поверхности обеспечивает идеальное соскальзывание севших на него насекомых.

Технология, разработанная группой Дж. Айзенберг, обладает беспрецедентными до этого возможностями по несмачиваемости различных жидкостей с поверхностью: как чистых, так и многокомпонентных (кровь, нефть, солевые растворы и др.). Созданные
образцы SLIPS-материалов могут функционировать при повышенных давлениях, мгновенно самовосстанавливаться и обеспечивать оптическую прозрачность.

Демонстрация олеофобности SLIPS-материала: даже при очень маленьком наклоне капля нефти скатывается с покрытия.

Кроме того они имеют низкую адгезию с такими твердыми телами, как лед и воск. Эти свойства позволяют использовать SLIPS-материалы для решения многих задач. Также важным достоинством этой технологии является то, что мультифобное покрытие можно создавать из простых и недорогих материалов без специализированного оборудования. Согласно [NanoToday (2011), 7, 35-52] в качестве пористой структуры учеными предлагается использование полимеров на основе полидиметилсилоксана. По мнению Дж. Айзенберг, в частности низкая себестоимость SLIPS-материалов может обеспечить широкое распространение такому приложению как «анти-граффити», цель которого является защита стен от нерадивых художников.

Демонстрация функции «анти-граффити»: наноструктурированная поверхность «букв» обеспечивает полную несмачиваемость с наносимой краской.

Процесс получения SLIPS представлят собой нанесение пористой структуры на подложку и ее дальнейшее «наполнение» специальным раствором, создающим мультифобную пленку.

SLIPS как покрытия-репелленты

Функционал SLIPS-покрытий варьируется в зависимости от каждого конкретного применения. В настоящее время ученые называют следующие разработанные ими варианты оптимизации материалов: возможность работы в условиях большого перепада температур и давлений, возможность быстрого самовосстановления, оптическая прозрачность и химическая инертность. Эти свойства определяют множество потенциальных приложений, в которых может быть включен как один, так и несколько из описанных вариантов оптимизации, что обуславливает абсолютное первенство среди существующих репеллент-технологий.

Например, стабильность SLIPS-материалов при различных температурах и давлениях делает их идеальным решением для покрытий нефте- и водопроводов, а также антиобледенительных покрытий для приборов, работающих в условиях крайнего севера. Кроме того, оптическая прозрачность (в видимом и ближнем ИК-диапазоне) и самоочищающиеся свойства SLIPS позволяют использовать их для создания покрытий на оптических поверхностях, таких как солнечные батареи, линзы, сенсорные датчики и приборы ночного видения.

Несмачиваемость материалов SLIPS с биологическими жидкостями позволяют эффективно применять их в борьбе с «биозагрязнением» покрытий медицинских приборов и инструментов, а также внешних поверхностей морских судов, а его устойчивость к давлению, позволяет использовать эти материалы для глубоководных исследований. Также мультифобная натура SLIPS-материалов может принести пользу в защите от насекомых (непосредственный аналог цветка нементеса) - при создании специальных порогов, с поверхностей которых при малейшем движении муравьи и другие насекомые будут соскальзывать.

Конечно, большой интерес представляет собой как состав раствора, которым наполняют пористую структуру, так и условия его нанесения. Однако, об этом можно только догадываться.

****

Проф. Джоанна Айзенберг, Директор Института Кавли по бионанотехнологиям Университета Гарварда, в 1984 г. окончила с отличием химический факультет МГУ; в 1996 г. защитила Ph.D. в Институте Вейцмана (Реховот, Израиль); с 2007 г. работает в Гарварде, входит в совет директоров Общества по исследованию материалов Американской ассоциации развития науки (the Materials Research Society of the American Association for the Advancement of Science).


В статье использованы материалы: wyss.harvard.edu


Средний балл: 10.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Balabanov Victor, 19 августа 2012 20:53 
Несомненно, со временем будут разработаны материалы, которые будут обладать несмачиваемостью для самых различных жидких сред, будь то вода, различные масла или другие вещества.
Палии Наталия Алексеевна, 21 августа 2012 15:18 
Интересно
Поверенная Мария, 23 августа 2012 11:27 
Спасибо!
Тимирбаева Юна Денисовна, 23 августа 2012 22:42 
Марии огромная благодарность за такой интересный материал, так держать !
g e n, 24 августа 2012 15:06 
1984 г. окончила с отличием химический факультет МГУ; в 1996 г. защитила Ph.D. в Институте Вейцмана" !?!?
Палии Наталия Алексеевна, 24 августа 2012 22:01 
так точно - (а в 1984-1995 гг:
Brookhaven National Laboratory, National Synchrotron Light Source
1993-1995: Visiting Scientist

Moscow Institute of Geology, Moscow, USSR
1986-199: Researcher

Institute of Mining and Raw Materials, Moscow, USSR
1984-1985: Chemist)
Думаю этот материал будет иметь широкое практическое применение.
Не могли бы вы рассказать как именно создается это покрытие и спомощью каких материалов?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Искуственный нанолабиринт
Искуственный нанолабиринт

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.