В лаборатории поверхностных сил подведомственного Минобрнауки России Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН проанализировали эволюцию тонкого слоя пропитки для «скользких покрытий с пропиткой» (SLIPS) при контактах с водной средой. Анализ поверхностных сил, действующих в этом тонком слое, показал, что во многих случаях он теряет термодинамическую устойчивость и разрушается.
Долговечность «скользких покрытий с пропиткой» и сохранение их функциональных, в том числе антиобледенительных, водоотталкивающих и антикоррозионных, свойств зависят от эволюции структуры смазочного слоя. Пока пленка сохраняет целостность, поверхность остается скользкой и сохраняет свои свойства. Механические нагрузки приводят к истощению смазочного материала. Например, при отрыве от поверхности льда, снега или инея уносится часть смазки.
Ученые показали, что на текстурированной подложке из гидроксида алюминия при контакте с водой происходит перераспределение и уменьшение толщины смазочного материала без разрушения пленки. Стабильные тонкие смачивающие пленки формировались на верхушках и стенках гребней. Избыток смазки вытеснялся в вогнутые мениски между гребнями.
«Толщина сохранившейся пленки кардинально влияет на смазывающую способность и функциональные свойства «скользких покрытий с пропиткой». Поэтому понимание термодинамической стабильности тонких и толстых слоев смазки поверх гладких и пористых поверхностей приобретает первостепенное значение, – рассказал старший научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН кандидат химических наук Кирилл Емельяненко.
– В этом исследовании мы проанализировали стабильность пленок с позиции вклада сил Ван-дер-Ваальса в расклинивающее давление. Результаты позволят подбирать структуру поверхности и состав смазочного материала так, чтобы при контакте с жидкими и газовыми средами тонкий слой пропитки оставался более стабильным».
Устойчивые покрытия с водоотталкивающими, антиобледенительными и антикоррозионными свойствами востребованы в авиации, судостроении, энергетике и других областях, где кристаллизация атмосферных осадков на поверхности движущихся устройств приводит к их поломке, разрушению и даже аварии.
«Создание полетобезопасных технологий для авиации — одно из ключевых направлений для многих научных школ, – продолжает Кирилл Емельяненко. – Наша лаборатория давно занимается этой тематикой. Благодаря новым исследованиям мы сейчас намного глубже понимаем, как у «скользких покрытий с пропиткой» появляются и пропадают льдофобные свойства, и мы лучше готовы к их эффективному технологическому применению». Работа поддержана Российским научным фондом. Результаты исследования опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.