Odkrywanie potencjału nanoteksturowanych powierzchni
Powszechnie wiadomo, że elastyczne materiały mogą pochłaniać energię mechaniczną i są odporne na uszkodzenia mechaniczne. Jednak osiągnięcie elastyczności powłok i cienkich warstw przy jednoczesnym zachowaniu odporności na działanie cieczy pozostaje wyzwaniem pod względem zarówno naukowym, jak i technologicznym – wyzwaniem, które postanowił podjąć zespół finansowanego przez UE projektu NICEDROPS. „Naszym celem było opracowanie wysoce precyzyjnych, nanoteksturowanych powierzchni o kontrolowanych parametrach nanomechanicznych”, mówi Manish K. Tiwari, stypendysta Wolfson Fellowship przyznawanego przez Towarzystwo Królewskie i profesor nanoinżynierii na University College London. „Następnie chcieliśmy wykorzystać te powierzchnie do zbadania, w jaki sposób metody nanoinżynieryjne mogą opóźnić tworzenie się lodu, zapewnić odporność na szybkie uderzenia cieczy oraz chronić przed ścieraniem i korozją”.
Korzyści z elastyczności
Jednym z pierwszych odkryć projektu był fakt, że anodowanie elektrochemiczne można wykorzystać do uzyskania możliwości kontroli morfologii w nanoskali. Ponadto można to osiągnąć przy użyciu przyjaznych dla środowiska elektrolitów i wytrawiaczy. Co więcej, poprzez racjonalną asymilację składników organicznych w samoreplikujących się powłokach odpornych na działanie cieczy zespół badawczy mógł zademonstrować korzyści płynące z elastyczności. „Pokazaliśmy, że dzięki zastosowaniu elastycznych materiałów możemy poprawić wytrzymałość powierzchni odpychających”, wyjaśnia Tiwari. „Jest to zasada, którą w przyrodzie obserwujemy na przykładzie naturalnych powierzchni odpornych na działanie cieczy, takich jak skrzydła motyla czy liście roślin”. Odkrycie to zostało nie tylko opublikowane w czasopiśmie „Nature Materials”, ale sprawdzone w praktyce przez zespół projektu, któremu udało się wytworzyć wytrzymałe powłoki z użyciem szerokiej gamy materiałów.
Struktury metaloorganiczne
Projekt NICEDROPS, wsparty ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, koncentrował się również na strukturach metaloorganicznych (MOF). Według Tiwariego, struktury MOF wyhodowane na powierzchni mogą być stosowane jako trwałe, przezroczyste i amfifobiczne powłoki. „Te struktury metaloorganiczne pozwalają nam uniknąć stosowania substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS), o których wiadomo, że powodują poważne szkody zdrowotne i środowiskowe”, mówi. Naukowcy wykazali również, w jaki sposób powierzchnie te można uodpornić na uderzenia cieczy o dużej prędkości i zapewnić niską przyczepność lodu, nie wspominając o potencjale pochłaniania zanieczyszczeń bezpośrednio z powietrza. „Uważamy, że te nanoprecyzyjne, niezawierające PFAS powierzchnie powinny znaleźć dość szerokie zastosowanie”, dodaje Tiwari.
Badania w dziedzinie czujników z zasilaniem autonomicznym
Innym kluczowym rezultatem było opracowanie materiału nanokompozytowego, który jest jednocześnie piezoelektryczny i piezokatalityczny bez potrzeby jakiejkolwiek polaryzacji. „Praca nad tymi samopolaryzującymi się warstwami doprowadziła nas do zainteresowania się dziedziną czujników z zasilaniem autonomicznym, którą postrzegamy jako ekscytujący nowy obszar badań dla naszego zespołu”, zauważa Tiwari. Ponadto naukowcy nawiązali już współpracę z klinicystą w celu opracowania rękawic chirurgicznych opartych na tego typu czujnikach, które mogłyby zwiększyć bezpieczeństwo operacji.
Nowe wnioski, więcej pracy
Prace wykonane w ramach projektu NICEDROPS ujawniły, jak duży potencjał mają nanoteksturowane powierzchnie. „Mam nadzieję, że społeczność naukowa i społeczeństwo skorzystają z wyników naszej pracy nad wykorzystaniem elastyczności mechanicznej w celu uzyskania lepszych i bardziej wytrzymałych powierzchni, a także z naszych pomysłów na nanopowłoki niezawierające PFAS”, dodaje Tiwari. „Przede wszystkim mam nadzieję, że ludzie wezmą pod uwagę nasze pomysły, rozważając użycie powłok, które muszą przetrwać w trudnych warunkach lub wytrzymać uderzenia o dużej prędkości”. Naukowcy zaangażowani w projekt badają obecnie możliwość uruchomienia firmy typu spin-off, aby móc wprowadzić nowe nanopowłoki niezawierające PFAS na rynek.
Słowa kluczowe
NICEDROPS, powłoki, nanoteksturowane powierzchnie, nanoinżynieria, elastyczne materiały, odporność na działanie cieczy, struktury metaloorganiczne, materiały nanokompozytowe
