در سالهای اخیر، پیشرفتهای چشمگیر در حوزه نانوتکنولوژی، مرزهای مهندسی مواد را جابجا کرده است. یکی از برجستهترین دستاوردهای این عرصه، توسعه پوششهای فوقالعاده نازک با خاصیت آبگریزی (هیدروفوبیک) ذاتی است که نه تنها یک پوشش محافظتی، بلکه یک سیستم پیچیده مولکولی است که رفتار سیالات را در مقیاس نانو تغییر میدهد.
به گزارش سیناپرس، چندی پیش تیمی از پژوهشگران دانشگاه آلتو در فنلاند، به سرپرستی دکتر ساکاری لپیکو، ماده ای را طراحی و تولید کرده بودند که آب گریزترین ماده جهان محسوب می شود.
در پی پایان مطالعات آزمایشگاهی روی این ماده، استفاده از آن عملا در صنایع ممکن شده و باید منتظر تحولاتی مهم در این زمینه بود. این ماده که «نانو-پوشش هیدروفوبیک مبتنی بر سیلیکون» نام دارد، بر پایه ایجاد سطوح ناهمگن مولکولی در ابعاد نانومتر استوار است. برخلاف پوششهای سنتی که با ایجاد زبری فیزیکی یا استفاده از لایههای ضخیم شیمیایی سعی در دفع آب دارند، این فناوری جدید بر تعاملات الکترواستاتیک و هندسه مولکولی تمرکز دارد.
در این ساختار، مولکولهای مایع با غلظت کم یا بالا به گونهای چیده میشوند که بین آنها فضایی برای جریان آزاد آب فراهم شود. این پدیده باعث میشود قطرات آب به جای اینکه روی سطح بمانند یا نفوذ کنند، با ضریب اصطکاک نزدیک به صفر روی سطح بلغزند. مکانیسم دقیق ماده فوق بر این اصل استوار است که لایهای بسیار نازک از مولکولهای مقاوم در برابر آب، مستقیماً بر بستر سیلیکونی قرار گرفته و مانع از هرگونه اتصال رطوبتی میشود.
با توجه به ویژگیهای منحصربهفرد این ماده، دامنه کاربرد آن فراتر از یک پوشش ساده ریزش آب است و میتواند انقلابی در بخشهای حیاتی متعددی ایجاد کند.
یکی از این حوزه ها صنعت انرژی و انتقال حرارت محسوب می شود.در واقع یکی از چالشهای اصلی در مبدلهای حرارتی و لولهکشیهای صنعتی، تشکیل لایههای آب یا بخار که مانع از انتقال کارآمد گرما میشوند. استفاده از این نانو-پوشش در دیواره لولهها و کویلها، باعث میشود قطرات آب یا بخار به سرعت از سطح جدا شده و جریان سیال با حداقل اتلاف انرژی ادامه یابد.
این امر بازدهی تاسیسات گرمایشی و خنککننده را به طور قابل توجهی افزایش داده و مصرف سوخت را کاهش میدهد.صنایع هوایی و حملونقل دیگر حوزه ای است که از این ماده استفاده خواهد کرد زیرا در صنعت هوافضا، یخزدگی روی بال هواپیما یا بدنه خودروها خطری جدی محسوب میشود. این ماده با ایجاد سطحی که حتی در دمای زیر صفر نیز اجازه چسبیدن یخ را نمیدهد، فرآیند یخزدایی را غیرضروری میکند.
قطرات باران یا مه قبل از انجماد، از سطح پروانهها و بدنه وسایل نقلیه سر میخورند. این ویژگی ایمنی پروازها را در شرایط جوی سخت تضمین کرده و هزینههای نگهداری ناوگانهای هوایی و زمینی را کاهش میدهد.
در حوزه تجهیزات پزشکی و میکروسیالها نیز موضوع استفاده از مواد ضد آب بسیار اهمیت دارد زیرا در دستگاههای آزمایشگاهی پیشرفته و تراشههای میکروسیال، کنترل حرکت قطرات مایع در کانالهای بسیار ریز دشوار است. این پوشش با حذف اصطکاک، امکان هدایت دقیق و بدون اتلاف حجم نمونههای بیولوژیکی، داروها یا خون را فراهم میکند.
همچنین، در تجهیزات جراحی و ابزارهای پزشکی، خاصیت ضدمه و خودتمیزشوندگی این ماده از رشد باکتریها و تجمع مایعات بدن جلوگیری کرده و خطر عفونت را کاهش میدهد.در خطوط تولید مواد غذایی نیز، تماس با رطوبت میتواند منجر به فساد سریع محصولات یا چسبیدن مواد به سطوح ماشینآلات شود.
پوششهای نانو-هیدروفوبیک آلتو میتوانند در قوطیهای کنسرو، ظروف پختوپز و سطوح تماس دستگاههای بستهبندی مورد استفاده قرار گیرند تا از چسبندگی مواد غذایی جلوگیری کرده و فرآیند شستشو را بهینه کنند.
این امر بهداشت مواد غذایی را ارتقا داده و مصرف آب و شویندهها را در خطوط تولید کاهش میدهد.در خاتمه سازههای عمرانی و معماری نیز برای ساختمانهای بلندمرتبه و سازههای بتنی، نفوذ رطوبت عامل اصلی خوردگی فولادهای داخلی و کاهش عمر مفید سازه است. استفاده از این پوشش به عنوان لایه نهایی روی بتن، شیشه و فلزات ساختمانی، مانع از نفوذ رطوبت به درون ترکهای ریز شده و از ایجاد لکههای ناشی از نم و قارچ جلوگیری میکند.
علاوه بر این، خاصیت خودتمیزشوندگی آن باعث میشود نماهای شیشهای و سنگی شهرها همیشه تمیز و درخشان باقی بمانند.در خاتمه باید گفت اگرچه چالشهایی همچون دوام مکانیکی این پوششهای نازک در برابر سایشهای شدید وجود دارد، اما تحقیقات تکمیلی در حال بررسی روشهایی برای تقویت ساختار آن است.
با این حال، ماهیت نوآورانه این ماده و توانایی آن در مدیریت رفتار آب در مقیاس نانو، آن را به یکی از امیدبخشترین فناوریهای دهه حاضر تبدیل کرده است.
این ماده نه تنها محدودیتهای فیزیکی قبلی را شکسته، بلکه افقهای جدیدی را در مهندسی مواد، پزشکی و صنعت گشوده است. انتظار میرود در آینده نزدیک، شاهد تجاریسازی گسترده این تکنولوژی و تأثیر عمیق آن بر کیفیت زندگی و بهرهوری صنعتی باشیم.
مترجم: فاطمه کردی