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(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i profesor nanoinżynierii na University College London(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „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”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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(odnośnik otworzy się w nowym oknie), 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.
