Fjedrende, ultraslipt glas kan føre til selvrensende, ridsebestandige vinduer, linser og solpaneler.
En ny gennemsigtig, bioinspireret belægning gør almindeligt glas hårdt, selvrensende og utroligt glat, rapporteret et team fra Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering på Harvard University og Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) online i 31. juli-udgaven of Nature Communications.
Den nye belægning kunne bruges til at skabe holdbare, ridsebestandige linser til briller, selvrensende vinduer, forbedrede solcellepaneler og nye medicinske diagnostiske apparater, sagde hovedundersøger Joanna Aizenberg, Ph.D., der er et hovedfakultetsmedlem på Wyss Institute, Amy Smith Berylson professor i materialevidenskab ved SEAS og en professor i kemi og kemisk biologi.
En gennemsigtig ny belægning gør almindeligt glas hårdt, ultralippert og selvrensende. Belægningen er baseret på SLIPS - verdens glidende syntetiske stof. Her perler en dråbe farvet octan hurtigt op og ruller af et urglas med den nye belægning.
Den nye belægning bygger på en prisvindende teknologi, som Aizenberg og hendes team var banebrydende kaldet Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (SLIPS) - den mest glatte syntetiske overflade, der er kendt. Den nye coating er lige så glat, men meget mere holdbar og fuldt gennemsigtig. Sammen løser disse fremskridt mangeårige udfordringer med at skabe kommercielt nyttige materialer, der afviser næsten alt.
SLIPS blev inspireret af den glatte strategi fra den kødædende krukkeplante, der lokker insekter på den ultraslippe overflade af bladene, hvor de glider til deres undergang. I modsætning til tidligere vandafvisende materialer frastøtter SLIPS olie og klæbrige væsker som honning, og det modstår også isdannelse og bakteriel biofilm.
Mens SLIPS var et vigtigt fremskridt, var det også ”et bevis på princippet” - det første skridt mod en kommercielt værdifuld teknologi, sagde hovedforfatter Nicolas Vogel, Ph.D., en postdoktor i anvendt fysik ved Harvard SEAS.
"SLIPS afviser både olieagtige og vandige væsker, men det er dyrt at fremstille og ikke gennemsigtig," sagde Vogel.
De originale SLIPS-materialer skal også på en eller anden måde fastgøres til eksisterende overflader, hvilket ofte ikke er let.
”Det ville være lettere at tage den eksisterende overflade og behandle den på en bestemt måde for at gøre den glat,” forklarede Vogel.
Vogel, Aizenberg og deres kolleger søgte at udvikle en belægning, der opnår dette og fungerer som SLIPS gør. SLIPSs tynde lag med flydende smøremiddel tillader væsker at flyde let over overfladen, ligesom et tyndt lag vand i en skøjtebane hjælper en skøjteløber med at glide.
For at skabe et SLIPS-lignende overtræk korrelerer forskerne en samling af bittesmå sfæriske partikler af polystyren, den vigtigste ingrediens i Styrofoam, på en flad glasoverflade, ligesom en samling af Ping-Pong-kugler. De hælder flydende glas på dem, indtil kuglerne er mere end halvt begravet i glas. Når glasset stivner, brænder de perlerne væk og efterlader et netværk af kratre, der ligner en honningkagle. Derefter belægger man denne honningkage med det samme flydende smøremiddel, der bruges i SLIPS for at skabe en hård, men glat belægning.
”Honningcombstrukturen er det, der giver den nye belægning den mekaniske stabilitet,” sagde Aizenberg.
Ved at justere bredden af bikagecellerne for at gøre dem meget mindre i diameter end bølgelængden af synligt lys, forhindrede forskerne belægningen i at reflektere lys. Dette gjorde et glasglas med coating helt transparent.
Disse overtrukne glasskifter frastødte en række væsker, ligesom SLIPS gør, inklusive vand, oktan, vin, olivenolie og ketchup. Og ligesom SLIPS reducerede belægningen vedhæftningen af is til et glasglas med 99 procent. At holde materialer frostfrit er vigtigt, fordi vedhæftet is kan fjerne kraftledninger, mindske energieffektiviteten i kølesystemer, forsinke fly og føre til, at bygninger går ned.
Det er vigtigt, at SLIPS-belægningen med honningcombstrukturen på glasglassene giver uovertruffen mekanisk robusthed. Det modståede skader og forblev glat efter forskellige behandlinger, der kan ridse og kompromittere almindelige glasoverflader og andre populære væskeafvisende materialer, herunder berøring, afskalning af et stykke tape og aftørring med et væv.
”Vi satte os et udfordrende mål: at designe en alsidig belægning, der er så god som SLIPS, men meget lettere at anvende, gennemsigtig og meget hårdere - og det er hvad vi formåede,” sagde Aizenberg.
Holdet benytter sig nu af sin metode til bedre belægning af buede glasstykker såvel som klar plast såsom Plexiglas og til at tilpasse metoden til produktionsstærke.
”Joannas nye SLIPS-belægning afslører kraften i at følge naturens føring i udviklingen af nye teknologier,” sagde Don Ingber, M.D., Ph.D., Wyss Instituts stiftelsesdirektør. ”Vi er glade for den række applikationer, der kunne bruge denne innovative coating.” Ingber er også Judah Folkman-professor i vaskulærbiologi ved Harvard Medical School og Boston Children’s Hospital og professor i bioingeniørarbejde ved Harvard SEAS.
via WYSS Institut