I ricercatori hanno trovato un modo per realizzare rivestimenti superficiali ultrasottili abbastanza robusti da sopravvivere a graffi e ammaccature. Il nuovo materiale, sviluppato fondendo le tecnologie a film sottile e autorigeneranti, ha un elenco quasi infinito di potenziali applicazioni, compreso l'autopulizia, antigelo, antiappannamento, antibatterico, rivestimenti antivegetativi e a scambio termico potenziato, ricercatori hanno detto.

Il nuovo studio ha scoperto che le qualità di rapida evaporazione di un polimero specializzato contenente una rete di legami dinamici nella sua struttura portante aiutano a formare un resistente all'acqua, rivestimento autorigenerante di spessori nanometrici. Lo studio, guidato dal professore di scienze meccaniche e ingegneria dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign Nenad Miljkovic e dal professore di scienze e ingegneria dei materiali Christopher Evans, è pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Per questo studio, l'obiettivo principale del gruppo Miljkovic era aumentare l'efficienza delle centrali a vapore, quali sono i maggiori produttori di elettricità a livello mondiale, utilizzando questi tipi di rivestimenti nei loro condensatori. "I rivestimenti, quando applicato alle superfici dei condensatori, renderli più resistenti all'acqua ed efficienti nella formazione di gocce d'acqua, che ottimizza il trasferimento di calore, " ha detto l'assistente di ricerca laureato Jingcheng Ma, un co-autore principale dello studio.

Quando viene utilizzato nelle centrali elettriche a vapore, i rivestimenti sottili possono incorrere in una moltitudine di problemi di durabilità, hanno detto i ricercatori. I rivestimenti possono rompersi in settimane, a volte anche ore. Una durata così breve rende l'applicazione reale dei rivestimenti poco pratica, che è stata una sfida fondamentale nelle scienze meccaniche e dei materiali per circa otto decenni. I rivestimenti più spessi possono essere più durevoli, ma riducono il trasferimento di calore ed erodono il beneficio associato del rivestimento.

Precedenti studi hanno dimostrato che la maggior parte dei rivestimenti ultrasottili sviluppa minuscoli difetti a foro di spillo una volta polimerizzati su una superficie. Il vapore penetra attraverso questi difetti, portando alla graduale delaminazione del rivestimento, i ricercatori hanno detto, quindi il loro obiettivo era quello di sviluppare un foro stenopeico, film sottile resistente all'acqua e migliora l'efficienza energetica complessiva delle centrali elettriche a vapore di diverse percentuali.

"I materiali autorigeneranti possono riciclarsi e rielaborare da soli, "Evans ha detto. "Abbiamo scoperto che possiamo utilizzare con successo la guarigione consentita dai legami dinamici, consentendo ai rivestimenti di autoripararsi in risposta ai graffi o per impedire la crescita di fori di spillo."

Chiamato din-PDMS, il materiale può essere facilmente rivestito per immersione su materiali in strati su scala nanometrica su varie superfici come silicio, alluminio, rame o acciaio.

"Uno dei motivi per cui possiamo ottenere strati così sottili è perché i solventi utilizzati nella reazione evaporano molto rapidamente, lasciando solo il polimero, "Evans ha detto. "Inoltre, una volta guarito, il materiale si ripara dai graffi molto velocemente, così velocemente che è difficile osservarlo in tempo reale. Non vediamo questo comportamento in grande, campioni sfusi del materiale, solo nel film sottile, e questa è una domanda a cui stiamo cercando di rispondere ora".

I ricercatori ipotizzano che i rivestimenti ultrasottili sviluppati in questo studio offrono una soluzione per materiali resistenti all'acqua sostenibili e sollevano questioni scientifiche aperte all'interno della scienza dei materiali e della meccanica dei fluidi che rimangono senza risposta.