Лазерная гравировка помогла физикам превратить металл в «лист лотоса»
Листья многих растений можно считать примером идеальной водоотталкивающей поверхности, не подверженной загрязнению. Это свойство листьев получило название «эффект лотоса».
Обработка листа из практически любого металла при помощи сверхкоротких импульсов лазера превращает его в необычный материал, который, как и лист лотоса, чрезвычайно хорошо отталкивает капли воды, что защищает его от коррозии и загрязнения микробами, а также умеет поглощать свет, заявляют американские физики в статье, опубликованной в Journal of Applied Physics.
Листья многих растений можно считать примером идеальной водоотталкивающей поверхности, не подверженной загрязнению. Это свойство листьев получило название «эффект лотоса». Благодаря расположенным на листьях лотоса микроскопическим бугоркам вода быстро стекает с поверхности листьев, унося с собой частицы грязи. За последние годы физики предприняли несколько попыток создать краску или пленку, которые бы работали таким же образом, как и поверхность листа растения.
Чуньлэй Гу (Chunlei Guo) из Рочестерского университета в Нью-Йорке (США) и его российско-американский коллега Анатолий Воробьев задумались, как можно ликвидировать главный недостаток существующих на сегодня «лотосных», или супергидрофобных на языке науки, покрытий — их недолговечность, подверженность царапинам и повреждениям.
Главной чертой листа лотоса и его синтетических аналогов является то, что молекулы на их поверхности организованы таким образом, что они отталкивают молекулы воды и не дают им сцепиться с ней. Часть этих водоотталкивающих свойств обусловлена физико-химическими свойствами молекул, а другие — формой поверхности листа растения, краски или пленки.
Несколько лет назад Гу и Воробьеву удалось случайно создать другой материал, который можно назвать своеобразным антиподом лотоса. Пластинки металла, обработанные короткими импульсами сверхмощного лазера, начинали буквальным образом притягивать воду, благодаря чему жидкость могла по ним течь не только вниз, но и вверх. В качестве «бонуса» поверхность любого типа металла становилась угольно-черной и начинала поглощать весь спектр видимого излучения.
Анализируя результаты этих экспериментов, физики предположили, что им по силам достичь и обратного. Для этого ученым пришлось перебрать несколько вариантов лазерной «гравировки» металла — того, какой узор вытачивался на поверхности листа при помощи импульсов света. В конечном итоге, им удалось подобрать правильный вариант картинки и превратить фрагменты железа, платины и ряда других металлов в подобие листа лотоса.
«Многие люди считают, что тефлон является ярким примером водоотталкивающей поверхности, но если вы попытаетесь стряхнуть воду с тефлоновой сковородки, вам придется наклонить ее на 70 градусов для того, чтобы капли воды начали двигаться вниз. Наша поверхность отличается заметно большей гидрофобностью, и ее нужно лишь чуть наклонить для достижения аналогичного эффекта, а в некоторых случаях и этого не требуется», — рассказывает Гу.
По словам Гу, у данной технологии есть масса практических применений в быту, в промышленности, в науке и медицине. К примеру, на ее базе можно изготовлять стойкие к коррозии бытовые приборы и элементы строительных конструкций, самоочищающиеся солнечные батареи, экономные и чистые системы канализации, санитарные системы, посуду и прочие предметы обихода.
Главной проблемой для коммерциализации этой технологии пока выступает то, что лазер гравирует пластины крайне медленно — для изготовления небольшого металлического «лотоса» площадью 2,5 сантиметра на 2,5 сантиметра требуется около часа работы лазера. Как рассказывает Гу, когда ученые решат эту проблему, они попытаются воспроизвести аналогичные эффекты на поверхности других материалов – полупроводников и диэлектриков.
