Forskere ved det amerikanske energiministeriums Brookhaven National Laboratory har fået de første glimt af minimal luftbobler, der holder vand fra befugtning en super non-stick overflade. Detaljerede oplysninger om størrelsen og formen af disse bobler - og det non-stick materialet forskerne skabt af "Pock-mærkning" en glat materiale med hulrum måling blotte milliardtedel af en meter - bliver offentliggjort online i dag i tidsskriftet Nano Letters.
I dette billede, er det centrale billede, den optiske profil af en vanddråbe placeres på "nanopitted" silicium; det rigtige billede er en scanning elektron mikrograf af nanocavities, og billedet til venstre er en tegneserie, der illustrerer nanobubbles 'formen som udledes af x -ray målinger.
"Vores resultater forklare, hvordan disse nanocavities fælde små bobler, der gør overfladen ekstrem vandafvisende," sagde Brookhaven fysiker og ledende forfatter Antonio Checco. Forskningen kan føre til en ny klasse af non-stick materialer til en række applikationer, herunder bedre effektivitet kraftværker, hurtigere både, og overflader, der er resistente over for forurening med bakterier.
Non-stick overflader er vigtige for mange områder af teknologi, fra reduktion af luftmodstand til anti-icing midler. Disse overflader er normalt lavet af anvendelse af overfladebehandlingsmidler, såsom teflon, at glatte overflader. Men for nylig - i spidsen af observationer i naturen, især lotusblad og nogle sorter af insekter - forskere har indset, at en smule tekstur kan hjælpe. Ved at inkorporere topografiske træk på overflader, har de skabt meget vandafvisende materialer.
"Vi kalder denne effekt 'superhydrophobicity," sagde Brookhaven fysiker Benjamin Ocko. "Det sker, når luftbobler blive fanget i den teksturerede overflader, og dermed drastisk reducere det område af væske i kontakt med det faste stof." Dette tvinger vandet til bolden op i perle formet dråber, som er svagt forbundet til overfladen og kan let roll off, selv med den mindste hældning.
"For at få det første glimt af nanobubbles på en superhydrophobic overflade vi skabt en regelmæssig vifte af mere end en billion nano-hulrum på en ellers flad overflade, og derefter belagt med en voks-lignende overfladeaktivt," siger Charles Black, en fysiker ved Brookhaven Center for Funktionelt Nanometerials.
Denne belagt, nanoskala struktureret overflade var meget mere vandafvisende end den flade overflade alene, hvilket tyder på eksistensen af nanobubbles. Men fordi nanoskala ikke er tilgængelig ved hjælp af almindelige mikroskoper, kun lidt om disse nanobubbles.
Utvetydigt at bevise, at disse ultra-små bobler var til stede, Brookhaven holdet foretaget røntgen målinger på National Synchrotronbestrålingscenter lyskilde. "Ved at se, hvordan x-stråler diffrakterede eller prellede overfladen, er vi i stand til at afbilde ekstremt små features og vise, at hulrum meste var fyldt med luft," siger Brookhaven fysiker Elaine DiMasi.
Checco tilføjede, "Vi var overraskede over, at vand trænger kun omkring 5 til 10 nanometer i hulrum - et beløb svarende til kun 15 til 30 lag af vandmolekyler -. Uafhængig af dybden af hulrum Dette giver den første direkte beviser for morfologi af sådanne små bobler. "
Ifølge forskernes observationer, er de bobler kun omkring 10 nanometer i størrelse - omkring ti tusind gange mindre end bredden af et enkelt menneskehår. Og holdets resultater endegyldigt viser, at disse bittesmå bobler er næsten flade toppe. Dette er i modsætning til større, mikrometer-store bobler, som har en mere afrundet top.
"Dette fladtrykte konfiguration er tiltalende for en række applikationer, fordi det forventes at stige hydrodynamiske glidning forbi nanotextured overfladen," Checco sagt. "Den omstændighed, at vand næsten ikke trænger ind i nano-strukturer, selv om en ekstern trykket er anvendt til det flydende, indebærer, at disse nanobubbles er meget stabile."
Derfor, i modsætning til materialer med større, mikrometer-størrelse teksturer, kan overfladerne fremstilles som Brookhaven holdet udviser mere stabil superhydrophobic egenskaber.
"Disse resultater giver en bedre forståelse af nanoskala aspekter af superhydropobicity, som skal bidrage til at forbedre udformningen af fremtidige superhydrophobic non-stick overflader," Checco sagt.
Denne forskning er finansieret af DOE Office of Science. Tommy Hofmann, en tidligere Brookhaven fysiker nu på Helmholtz Zentrum Berlin, også bidraget til dette arbejde.