يكشف الكيميائيون عن السطح الأكثر نعومة على الإطلاق لدرء الماء

ظهر البطة ليس هو الماء السطحي الزلق الوحيد الذي يمكن أن ينزلق منه. طور الباحثون طريقة جديدة لتغليف الأسطح بطبقة تشبه السائل لجعلها أكثر نعومة.

قام فريق البحث في فنلندا، بقيادة ساكاري ليبيكو من جامعة آلتو، بتطوير مفاعل لإنشاء الأسطح، والتي يشار إليها باسم الطبقات الأحادية المجمعة ذاتيًا، أو SAM. تتميز هذه الطبقات الأحادية بسطح يشبه السائل الناتج عن طبقات من الجزيئات المرتبطة تساهميًا بقطعة من مادة السيليكون، بنفس الطريقة التي يتم بها تماسك الجزيئات السائلة معًا.

وهذا يقلل بشكل كبير من احتكاك السطح، مما يسمح لقطرات الماء بالانزلاق بسهولة. ويشير الباحثون إلى عملية التصنيع هذه باعتبارها الأولى من نوعها. وكانت الورقة التي توثق أبحاثهم نشرت اليوم في كيمياء الطبيعة.

وقال ليبيكو في بحثه: “عملنا هو المرة الأولى التي ينتقل فيها أي شخص مباشرة إلى مستوى النانومتر لإنشاء أسطح غير متجانسة جزيئيا”. بيان صحفي. “المشكلة الرئيسية في طبقة SAM هي أنها رقيقة جدًا، ولذلك فهي تتفرق بسهولة بعد الاتصال الجسدي. لكن دراستها تمنحنا المعرفة العلمية الأساسية التي يمكننا استخدامها لإنشاء تطبيقات عملية دائمة.

ابتكر ليبيكو وزملاؤه صواريخ سام باستخدام مفاعل ترسيب البخار، وهي آلة ترسب طبقات رقيقة من المواد على الأسطح من خلال تكثيف المواد المتبخرة. في هذه الحالة، تضمنت العملية رش سطح السيليكون بمادة كيميائية تعرف باسم أوكتيل ثلاثي كلوروسيلان لإنشاء سطح يشبه السائل. ومن خلال تغيير مقدار الوقت الذي قضته مادة السيليكون في المفاعل، تمكن الباحثون من جعل نظام SAM أكثر أو أقل زلقًا.

أثناء اختبار هذه الأسطح، وجد الفريق أن أوقات النمو القصيرة (حوالي 30 ثانية) وأوقات النمو الأطول (ما يزيد عن أربع ساعات) أنتجت أسطحًا أكثر نعومة مقارنةً بأوقات النمو المتوسطة. تسببت أوقات النمو الأقصر في انتشار قطرات الماء على السطح بينما تتسبب أوقات النمو الأطول في تكوّن القطرات بشكل أكبر.

وقال ليبيكو في البيان: “أظهرت النتائج المزيد من الانزلاق عندما كانت تغطية SAM منخفضة أو عالية، وهي أيضًا الحالات التي يكون فيها السطح أكثر تجانسًا”. “كان من غير البديهي أنه حتى التغطية المنخفضة أدت إلى انزلاق استثنائي”.

قد تبدو دراسة طرق جعل الأسطح أكثر انزلاقًا أمرًا شائنًا ومضحكًا، لكن هذا البحث له العديد من التطبيقات الشائعة. وفي عام 2016، أنشأ فريق بحثي من جامعة ولاية بنسلفانيا طلاء سميك 2.5 ميكرون مستوحى من الطلاء الشمعي الموجود على النباتات، والذي يسمح للسوائل السميكة مثل الكاتشب والخردل بالانزلاق مباشرة من السطح. ويشير ليبيكو إلى أن أبحاث فريقه لها أيضًا خصائص عملية مثل إزالة الجليد ومكافحة الضباب كتطبيقات محتملة لصواريخ أرض-جو التي عمل عليها فريقه، بالإضافة إلى إنشاء أسطح ذاتية التنظيف.

أكثر: الحبر الأسود في العالم سيجعل رسومات الشعار المبتكرة الخاصة بك تبدو وكأنها فراغات فارغة على الصفحة