Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН разработали новый подход создания «умных» поверхностей металлов. Он позволяет создать супергидрофобную поверхность с высокой износостойкостью без использования дорогого оборудования и многочасовых процедур.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№23-73-30004). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces (Q1, IF: 6,3).
Создание материалов с водоотталкивающими свойствами — одна из актуальных задач энергетики, химической и нефтеперерабатывающей отрасли. Существующие химические и электромеханические методы обработки металлов требуют сложного оборудования и агрессивных реагентов. Это ставит перед учеными задачу по разработке альтернативных экологичных, дешевых и простых в реализации технологий.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами разработали новый двухэтапный подход к созданию водоотталкивающих покрытий. На первом этапе с помощью наносекундного лазерного излучения они формируют на поверхности иерархическую микро- и наноструктуру, которая обеспечивает необходимую шероховатость для супергидрофобных свойств.
Далее на материал распыляют углеродсодержащие жидкости и подвергают его термолизу (разложению химических соединений под действием температуры — ред.) при температуре 250-270 °C. Благодаря этому на поверхности материала образуется защитный гидрофобный слой.
Мы проводили испытания с модификацией поверхностей алюминиевых сплавов. С помощью двухэтапной обработки с использованием отработанных нефтепродуктов нам удалось создать на поверхности водоотталкивающий слой. Технология адаптивна и будет работать с разными видами «потенциальных гидрофобизаторов» не только со свежим и отработанным моторным маслом, но и маслами растительного происхождения. Это делает ее экологически и экономически выгодной,
— отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Феоктистов.
Результаты исследования показали, что модифицированные с помощью новой технологии поверхности металлов имеют контактный угол 169° (угол смачивания 150° и выше означает, что поверхность не смачивается, является супергидрофобной – прим.) и угол скатывания <10° — то есть при попадании капля воды принимает форму шара, не смачивает поверхность и легко скатывается даже при малом наклоне.
Исследования деградации модифицированных образцов показали высокую стабильность: в условиях 100% влажности контактный угол оставался выше 158° после 48 часов непрерывного контакта с водой. В условиях агрессивной среды угол смачивания был на уровне 155° после 72 часов.
Покрытия также продемонстрировали высокую износостойкость. В течение 90 минут образцы подвергали вибрационной обработке песком, после которой угол смачивания снизился лишь до 153°.
«Для обработки поверхностей нашим подходом не требуется дорогое оборудование и многочасовые процедуры», — добавляет ученый.
В будущем ученые сосредоточатся на применении созданных поверхностей в системах охлаждения, используемых в дата-центрах.