How to become cleaner than a lotus?

В последние годы по-настоящему взрывной интерес исследователей во всем мире вызвала возможность создания поверхностей, имитирующих способность листа лотоса к самоочищению. Например, в Буддизме лотос используется в качестве божественного символа чистоты и непорочности.

Высшие силы, впрочем, здесь ни при чём: всё дело в особой структуре листа лотоса. Она образована причудливыми шероховатыми пупырышками разных размеров — от микро- до нано-, вдобавок покрытых мельчайшими ворсинками. Капля воды, помещенная на лист лотоса, не может проникнуть между пупырышками (в силу гидрофобности их поверхности) и в лучшем случае покоится на ворсинках, словно факир, лежащий на гвоздях. Но чаще всего капля, не смачивая поверхность листа, легко скатывается вниз, по пути унося и грязь. Благодаря самым разным подходам исследователи в разных странах мира уже научились имитировать шероховатую поверхность этого необычного цветка.

Требуемый «рисунок» твёрдой подложки можно создать несколькими способами, в том числе с помощью современных методов нанолитографии. Но вот проблема: поверхности многих материалов, удобных для структурирования таким методом, по своей природе гидрофильны, поэтому напрямую для реализации эффекта лотоса не годятся. Более того, в этом случае комбинация микро- и нанорельефа лишь усилит смачиваемость и прилипание капли.

Как можно изменить свойства такой неоднородной поверхности, сделав её целиком гидрофобной? Многие традиционные способы оказываются неприменимыми в силу сложного влияния рельефа подложки на процессы смачивания.

У специалистов Физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и Института элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН (А.Р.Хохлов, М.О.Галлямов, И.В.Яминский, Э.Е.Саид-Галиев) нашлось два «рояля в кустах» — методы, сочетание которых позволило остроумно решить эту проблему.

Учёные применили способ гидрофобизации с помощью сверхкритического диоксида углерода — соединения, находящегося при повышенных температурах и высоких давлениях. В таких условиях углекислый газ лишь внешне напоминает жидкость, не будучи ею в нашем обычном понимании. В частности, для него не существует проблемы смачивания. Это вещество проникает сколь угодно глубоко между 'пупырышками' нанолитографически приготовленной поверхности, прекрасно растворяя многие вещества, обеспечивая их доставку однородно по всему шероховатому рельефу подложки. Зато в обычных условиях диоксид углерода — газ, поэтому по завершении процесса гидрофобизации он полностью улетучивается, ну а вновь модифицированная поверхность остаётся неизменной.

В качестве гидрофобизующего агента учёные использовали ультрадисперсный тефлон, прекрасно растворимый в сверхкритическом диоксиде углерода. Оказалось, что сочетание обоих методик обеспечивает долговременную стабильность сверхгидрофобных свойств получаемых поверхностей, очень напоминающих лист болотного растения.

Можно ли применять новые материалы в быту? Почему бы и нет? Самоочищающуюся одежду, может быть, таким методом сделать и не удастся, но материалы для бытовой техники, требующей чистоты поверхностей — вполне возможно. Об этом сообщает агентство «ИнформНаука».