Uusi pinnoite muuttaa tavallisen lasin superlasiksi

Uusi läpinäkyvä, biovaikutteinen pinnoite tekee tavallisesta lasista kovaa, itsestään puhdistuvaa ja uskomattoman liukasta, Harvardin yliopiston Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering -instituutista ja Harvard School of Engineering and Applied Sciencesistä (SEAS) raportoivat tiimit verkossa 31. heinäkuuta. Nature Communicationsista.


Uudella pinnoitteella voidaan luoda kestäviä, naarmuuntumattomia linssejä silmälaseille, itsepuhdistuvia ikkunoita, parempia aurinkopaneeleja ja uusia lääketieteellisiä diagnostisia laitteita, sanoi johtava tutkija Joanna Aizenberg, Ph.D., joka on ydinhenkilökunnan jäsen Wyss Institute, Amy Smith Berylson materiaalitieteen professori SEASissa sekä kemian ja kemiallisen biologian professori.


Uusi läpinäkyvä pinnoite tekee tavallisesta lasista kovaa, erittäin liukasta ja itsepuhdistuvaa. Pinnoite perustuu SLIPSiin, joka on maailman liukkain synteettinen aine. Täällä pisara värjättyä oktaania nousee nopeasti ja rullaa pois kellon lasilta, jossa on uusi pinnoite.

Uusi pinnoite perustuu palkitulle teknologialle, jonka Aizenberg ja hänen tiiminsä ovat edelläkävijöitä nimeltä Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (SLIPS) – liukkain tunnettu synteettinen pinta. Uusi pinnoite on yhtä liukas, mutta paljon kestävämpi ja täysin läpinäkyvä. Yhdessä nämä edistysaskeleet ratkaisevat pitkäaikaisia ​​haasteita luoda kaupallisesti hyödyllisiä materiaaleja, jotka hylkivät melkein kaiken.

SLIPSin inspiraationa on ollut lihansyöjäkasvin liukas strategia, joka houkuttelee hyönteiset lehtiensä ultraliukkaalle pinnalle, jossa ne liukuvat tuhoonsa. Toisin kuin aiemmat vettä hylkivät materiaalit, SLIPS hylkii öljyä ja tahmeita nesteitä, kuten hunajaa, ja se vastustaa myös jään muodostumista ja bakteerien biofilmejä.

Vaikka SLIPS oli tärkeä edistysaskel, se oli myös 'periaatetodiste' - ensimmäinen askel kohti kaupallisesti arvokasta tekniikkaa, sanoi johtava kirjoittaja Nicolas Vogel, Ph.D., Harvard SEASin soveltavan fysiikan tutkijatohtori.




'SLIPS hylkii sekä öljyisiä että vesipitoisia nesteitä, mutta se on kallista valmistaa eikä läpinäkyvää', Vogel sanoi.

Alkuperäiset SLIPS-materiaalit on myös kiinnitettävä jotenkin olemassa oleviin pintoihin, mikä ei usein ole helppoa.

'Olisi helpompi ottaa olemassa oleva pinta ja käsitellä sitä tietyllä tavalla, jotta se olisi liukas', Vogel selitti.

Vogel, Aizenberg ja heidän kollegansa pyrkivät kehittämään pinnoitteen, joka saavuttaa tämän ja toimii kuten SLIPS. SLIPSin ohut nestemäinen voiteluainekerros sallii nesteiden virtaamisen helposti pinnan yli, aivan kuten ohut vesikerros jäähallissa auttaa luistelijaa liukumaan.


SLIPS-tyyppisen pinnoitteen luomiseksi tutkijat aitaavat tasaiselle lasipinnalle kokoelman pieniä pallomaisia ​​polystyreenihiukkasia, jotka ovat polystyreenin pääainesosa, kuten pöytätennispalloja. Niiden päälle kaadetaan nestemäistä lasia, kunnes pallot ovat yli puolet hautautuneita lasiin. Kun lasi jähmettyy, ne polttavat helmet pois jättäen jäljelle hunajakennoa muistuttavan kraatteriverkoston. Sitten he pinnoittavat kennon samalla nestemäisellä voiteluaineella, jota käytettiin SLIPSissä, jotta saadaan aikaan sitkeä mutta liukas pinnoite.

'Hunakennorakenne antaa mekaanisen vakauden uudelle pinnoitteelle', sanoi Aizenberg.

Säätämällä kennokennojen leveyttä niin, että niiden halkaisija oli paljon pienempi kuin näkyvän valon aallonpituus, tutkijat estivät pinnoitteen heijastamasta valoa. Tämä teki lasilevystä, jonka pinnoite oli täysin läpinäkyvä.

Nämä päällystetyt lasilevyt hylkivät erilaisia ​​nesteitä, kuten SLIPS, mukaan lukien vettä, oktaania, viiniä, oliiviöljyä ja ketsuppia. Ja kuten SLIPS, pinnoite vähensi jään tarttumista lasilevyyn 99 prosenttia. Materiaalien pitäminen pakkaselta on tärkeää, koska kiinnittynyt jää voi kaataa voimalinjoja, heikentää jäähdytysjärjestelmien energiatehokkuutta, viivyttää lentokoneita ja johtaa rakennusten romahtamiseen.


Tärkeää on, että lasilevyjen SLIPS-pinnoitteen kennorakenne antaa vertaansa vailla olevan mekaanisen kestävyyden. Se kesti vaurioita ja pysyi liukkaana erilaisten käsittelyjen jälkeen, jotka voivat naarmuttaa ja vahingoittaa tavallisia lasipintoja ja muita suosittuja nestettä hylkiviä materiaaleja, mukaan lukien koskettaminen, teipin palan irrottaminen ja liinalla pyyhkiminen.

'Asetimme itsellemme haastavan tavoitteen: suunnitella monipuolinen pinnoite, joka on yhtä hyvä kuin SLIPS, mutta paljon helpompi levittää, läpinäkyvä ja paljon sitkeämpi - ja siinä onnistuimme', Aizenberg sanoi.

Tiimi hioo nyt menetelmäään kaarevien lasipalojen sekä kirkkaiden muovien, kuten pleksilasin, päällystämiseksi paremmin ja menetelmän mukauttamiseksi valmistuksen tiukkuuteen.

'Joannan uusi SLIPS-pinnoite paljastaa voiman seurata Naturen esimerkkiä uusien teknologioiden kehittämisessä', sanoi Don Ingber, M.D., Ph.D., Wyss Instituten perustajajohtaja. 'Olemme innoissamme erilaisista sovelluksista, joissa tätä innovatiivista pinnoitetta voidaan käyttää.' Ingber on myös Judah Folkmanin vaskulaaribiologian professori Harvard Medical Schoolissa ja Bostonin lastensairaalassa sekä biotekniikan professori Harvard SEASissa.

KauttaWYSS-instituutti