Gli occhiali non hanno più bisogno di essere puliti, e i parabrezza sporchi appartengono al passato! I ricercatori dell'Istituto Max Planck per la ricerca sui polimeri di Magonza e dell'Università tecnica di Darmstadt sono ora molto più vicini a raggiungere questo obiettivo. Hanno usato la fuliggine delle candele per produrre un rivestimento superanfifobico trasparente in vetro. Sia l'olio che l'acqua si staccano da questo rivestimento, lasciando assolutamente nulla alle spalle. Qualcosa che si è rivelato vero anche quando i ricercatori hanno danneggiato lo strato con la sabbiatura. Il materiale deve questa proprietà alla sua nanostruttura. Le superfici sigillate in questo modo potrebbero trovare impiego ovunque la contaminazione o anche uno strato d'acqua sia dannoso o semplicemente fastidioso.

Doris Vollmer odia il fatto che i suoi occhiali si sporchino sempre così in fretta. Però, Lo scienziato, che dirige un gruppo di ricerca presso il Max Planck Institute for Polymer Research, sta cercando una soluzione al problema - e lei e il suo team sono ora molto più vicini a trovarne una. Un rivestimento trasparente che è molto bravo a respingere acqua e olio, come viene ora presentato dai ricercatori di Magonza, potrebbe non solo tenere l'acqua e lo sporco lontano dalle lenti di occhiali e parabrezza delle auto, ma anche, Per esempio, dalle facciate di vetro dei grattacieli. Potrebbe anche prevenire residui di sangue o liquidi contaminati sulle apparecchiature mediche.

Il rivestimento è costituito essenzialmente da un materiale estremamente semplice:silice, il costituente principale di tutto il vetro. I ricercatori lo hanno rivestito con un composto di silicio fluorurato, che già rende la superficie idrorepellente e oleorepellente, come una padella antiaderente. La parte davvero intelligente è la struttura del rivestimento, però. Questo è ciò che rende il vetro super idrorepellente e super oleorepellente. In una padella con questo tipo di rivestimento, acqua e olio rotolerebbero semplicemente sotto forma di gocce. La struttura dello strato ricorda un labirinto spugnoso di pori completamente disordinati, che è formato da minuscole sfere.

Fuliggine dalla fiamma della candela come modello per la struttura in vetro poroso

“Le superfici arrotondate non possono essere bagnate nemmeno da oli a bassa viscosità, anche se questo sarebbe energeticamente più favorevole, "dice Doris Vollmer. Questo perché i liquidi che bagnano anche le superfici fluorurate dovrebbero essere premuti su queste sfere, che misurano circa 60 nanometri (un nanometro corrisponde a un milionesimo di millimetro), in modo da formare un film sulla superficie. Ciò richiede troppa energia.

Tale rivestimento sarebbe ideale per numerose applicazioni, non ultimo perché è così facile da produrre. “Possiamo produrlo anche in vasetti di marmellata, "dice Doris Vollmer. E la fuliggine della fiamma di una candela, da cui i ricercatori hanno ricavato qualcosa di simile a un'impronta di vetro, serviva da modello per la struttura porosa delle sfere. I ricercatori hanno iniziato tenendo un vetrino in una fiamma in modo che le particelle di fuliggine, che misurano circa 40 nanometri di diametro, formano una struttura spugnosa sul vetro. Il passo successivo è stato quello di rivestirlo di silice in un recipiente di vetro, anche un barattolo di marmellata, depositando a vapore un composto organico volatile di silicio e ammoniaca sul deposito di fuliggine. Quando successivamente hanno riscaldato il materiale, la fuliggine si è decomposta. Il passo successivo è stato quello di depositare a vapore anche un composto di silicio fluorurato sulla struttura cava di silice.

Hanno quindi tentato di bagnare questo rivestimento con liquidi diversi. Però, non ci sono riusciti, anche quando lasciano gocciolare esadecano da una grande altezza su di esso; in una padella antiaderente, l'esadecano si distende come l'acqua in un lavabo. “Inizialmente, una goccia di olio è penetrata nella struttura spugnosa, ma poi è rimbalzato indietro come una palla di gomma, ” spiega Doris Vollmer. Sebbene una parte del liquido sia rimasta nei pori e abbia bagnato il materiale, quando la maggior parte della goccia è tornata in superficie a una velocità inferiore dopo essere rimbalzata, trasse di nuovo la piccola quantità di esano che era rimasta fuori dai pori del vetro. Finalmente, la goccia riunita è rimasta adagiata sulla superficie come una palla (vedi video). I ricercatori di Magonza hanno testato lo strato superfifobico con un totale di sette liquidi e hanno scoperto che nessuno è stato risucchiato dalla spugna di vetro.

Ricerca sistematica per il rivestimento autopulente

“Poiché il materiale respinge così bene l'acqua e l'olio, sarebbe adatto come rivestimento autopulente per un gran numero di applicazioni, "dice Hans-Jürgen Butt, Direttore dipartimentale presso il Max Planck Institute di Magonza, dove Doris Vollmer lavora con il suo gruppo. E anche se una parte dello strato è stata rimossa, la struttura in vetro è rimasta superfifobica. Questo perché la sua struttura interna è la stessa della sua struttura in superficie. Perde le sue proprietà autopulenti solo quando lo strato diventa più sottile di un micrometro. Ed è proprio ciò che accadrebbe molto presto in pratica, anche se per rivestire le lenti degli occhiali o il vetro di una finestra è stata utilizzata una struttura in spugna autopulente dello spessore di alcuni micrometri. Quando i ricercatori hanno fatto colare la sabbia sulla delicata struttura in vetro, il rivestimento si è consumato abbastanza rapidamente. “In un passo successivo, vorremmo quindi sviluppare uno strato che sia superfifobico, con una migliore stabilità meccanica, "dice Doris Vollmer.

Attraverso l'aiuto di tali rivestimenti, i ricercatori vogliono saperne di più sui fattori che determinano la capacità di un materiale di respingere l'acqua e l'olio. “Ancora non conosciamo nel dettaglio questa relazione, ” dice Hans-Jürgen Butt. "La ricerca di materiali superanfifobici è quindi più o meno un caso di tentativi ed errori." Non appena i ricercatori hanno raggiunto una comprensione sistematica del motivo per cui un liquido bagna o meno una superficie, le aziende industriali saranno in grado di sviluppare specificamente rivestimenti autopulenti per applicazioni in architettura, ottica e medicina.