Исследователи нашли способ сделать ультратонкие поверхностные покрытия достаточно прочными, чтобы выдерживать царапины и вмятины. Новый материал, разработанный путем объединения тонкопленочных и самовосстанавливающихся технологий, имеет почти бесконечный список потенциальных применений, включая самоочищающиеся, противообледенительные, противотуманные, антибактериальные, противообрастающие и улучшенные теплообменные покрытия, по словам исследователей.
Новое исследование показало, что способность к быстрому испарению специализированного полимера, содержащего сеть динамических связей в его основе, помогает формировать водостойкое самовосстанавливающееся покрытие наноразмерной толщины. Исследование, проведенное исследователями из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне под руководством профессора механики и инженерии Ненадом Мильковичем и профессором материаловедения и инженерии Кристофером Эвансом, опубликовано в журнале Nature Communications.
В этом исследовании группа Мильковича в первую очередь сосредоточила внимание на повышении эффективности паровых электростанций, которые являются крупнейшими производителями электроэнергии в мире, за счет использования этих типов покрытий в их конденсаторах. «Покрытия, нанесенные на поверхности конденсаторов, делают их более водостойкими и эффективными при образовании капель воды, что оптимизирует теплопередачу», - сказал старший научный сотрудник Цзинчэн Ма, соавтор исследования.
По словам исследователей, при использовании на паровых электростанциях тонкие покрытия могут вызывать множество проблем с долговечностью. Покрытие может разрушиться в течение недель, а иногда и часов. Такой короткий срок службы делает практическое применение покрытий непрактичным, что было фундаментальной проблемой в области механики и материаловедения на протяжении примерно восьми десятилетий. Более толстые покрытия могут быть более долговечными, но они уменьшают теплопередачу и разрушают связанное с этим преимущество покрытия.
Предыдущие исследования показали, что на большинстве ультратонких покрытий образуются крошечные дефекты с отверстиями после отверждения на поверхности. По словам исследователей, пар проникает через эти дефекты, что приводит к постепенному отслаиванию покрытия, поэтому их целью было разработать водостойкое тонкую пленку без отверстий и повысить общую энергоэффективность паровых электростанций на несколько процентов.
«Самовосстанавливающиеся материалы могут быть утилизированы и переработаны сами по себе», - сказал Эванс. «Мы обнаружили, что можем успешно использовать самовосстанавление, обеспечиваемое динамическими связями, позволяя покрытиям самовосстанавливаться в ответ на царапины или предотвращать рост точечных отверстий».
Этот материал, называемый dyn-PDMS, можно легко промышленным методом - покрытие погружением, нанести на материалы наноразмерными слоями на различных поверхностях, таких как кремний, алюминий, медь или сталь.
«Одна из причин, по которой мы можем получить такие тонкие слои, заключается в том, что растворители, используемые в реакции, испаряются очень быстро, оставляя только полимер», - сказал Эванс. «Кроме того, после отверждения материал очень быстро восстанавливается от царапин - настолько быстро, что это трудно наблюдать в реальном времени. Мы не наблюдаем такого поведения в больших объемных образцах материала - только в тонких пленках и это вопрос, на который мы пытаемся ответить сейчас».
Исследователи утверждают, что ультратонкие покрытия, разработанные в этом исследовании, предлагают решение для эко-устойчивых водостойких материалов и поднимают открытые научные вопросы в области материаловедения и гидроаэромеханики, которые остаются без ответа.
Источник: Phys.org
