Efekt Lotosu – powłoka superhydrofobowa

W poprzednim wpisie na temat powłok hydrofobowych rozmawialiśmy o jej działaniu oraz o tym jak tego typu powłoka odpycha wodę. Dziś zajmiemy się tak zwanym efektem lotosu, zjawisku od którego wywodzi się cała podstawa działania powłoki hydrofobowej.

Czym jest Efekt lotosu?

„Efekt lotosu – w technologii zjawisko samooczyszczania się powierzchni odkryte po raz pierwszy u roślin z rodzaju lotos Nelumbo.”

Od dawien dawna, lotos w kulturze wschodu jest symbolem czystości. Mimo że typowym środowiskiem w którym występują są muliste rzeki i jeziora, ich liście i kwiaty zawsze pozostają czyste. Dlaczego?

Botanicy, badający budowę liści lotosu tych roślin, odkryli naturalny mechanizm powodujący ich zdolność do samooczyszczania. Badając te rośliny pod mikroskopem, naukowcy  odkryli, że struktura mikroskopowa powierzchni liści oraz jej skład chemiczny uniemożliwiają jej zamoknięcie. Zamiast wnikać w roślinę, krople wody toczą się po powierzchni liścia niczym przypominając płynną rtęć, zbierając przy tym zanieczyszczenia. Zjawisko to nazwano właśnie efektem lotosu. Odkryto je później także u innych roślin, np. u taro Colocasia esculenta.

Wykorzystanie zjawiska lotosu

Naturalnym zastosowaniem dla tego typu właściwości stało się tworzenie powłok chroniących powierzchnie narażone na hydrouszkodzenia. Nanotechnolodzy wykorzystując efekt lotosu zaczęli tworzyć farby, dachówki, tkaniny i inne powłoki, nadając im zdolność do samooczyszczania się podobną do liści niektórych roślin.

Jak udało się skopiować ten niezwykły efekt? Powłoki traktuje się środkami fluorochemicznymi lub silikonem lub mieszaniną politlenku etylenu i glukozy lub sacharozy. Nowe farby pozwalają na nadawanie zdolności samooczyszczania nawet powierzchniom szklanym np. na dachach oranżerii i szklarni.

Inna metoda, istotna w lakiernictwie samochodowym, pozwala na nadanie powierzchniom aluminiowym właściwości superhydrofobowych. Uzyskuje się to przez zanurzenie aluminium w wodorotlenku sodu. Kolejnym krokiem jest nałożenie cienkiej warstwy perfluorononanu o grubości 2 nanometrów. Powoduje to w efekcie zwiększenie kąta zwilżania z 67° do 168°.

Efekt? W obrazie uzyskanym w mikroskopie elektronowym widzimy powierzchnię aluminium przypominjącą kutykulę na liściach lotosu z przestrzeniami powietrznymi w mikroporowatej strukturze powłoki.

Kolejnym sposobem na uzyskanie powierzchni hydrofobowej jest jej modyfikacja specjalnym laserem femtosekundowym. Ta technika polega na wypaleniu laserem na powierzchni metalu rowków o głębokości około 75µm odległych od siebie o około 100µm. W efekcie zmniejszamy siłę adhezji pomiędzy metalem a wodą zwiększając tym samym kąta zwilżania do 158°.

Efekt końcowy

Całość prac prowadzi do niezwykłej właściwości zsuwa się wody powierzchni przy przechyleniu jej o jedynie 4°. Przy upuszczaniu z wysokości kropla wody odbija się kilkukrotnie od powierzchni. Otrzymany w ten sposób efekt możemy nazwać swoista niewidzialną wycieraczką.

Efekt takiej „niewidzialnej wycieraczki” opartej o nanotechnologię po raz pierwszy został zaprezentowany przez Nissana w 2014 roku. Od tego czasu powłoki hydrofobowe chronią karoserię, ubrania i szkło przed wodą, brudem i innymi substancjami ciekłymi.

Ile kosztuje taki preparat? Jak go nałożyć na karoserię i szyby? Sprawdź w naszym wpisie na temat lakieru odpornego na ciesz!