Такие материалы называют суперотталкивающими или суперомниофобными — они способны отталкивать не только воду, но и агрессивные кислоты, щелочи и растворители. Это делает их ценными для множества сфер применения: от инновационных кожных пластырей до эластичной носимой электроники.
«Суперомниофобные материалы могут отталкивать практически любую жидкость — например, чрезвычайно агрессивные кислоты, щелочи или растворители — причем так же хорошо, как и воду, — объясняет соавтор разработки, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Университета штата Северная Каролина Арун Кумар Кота. — Они могут применяться в самых разных областях, например, из таких материалов можно делать мягких роботов, которым может понадобиться выдерживать агрессивную среду, растягиваться и менять форму».
Обычно суперомниофобные материалы создают, распыляя раствор с наночастицами на поверхность — он образует микрошероховатый защитный слой, благодаря чему капли жидкости не прилипают. Однако при растяжении такой слой быстро отслаивается: стоит увеличить длину материала всего вдвое, и он теряет свои свойства. В своих предыдущих работах команда Коты частично решила эту проблему, создавая на поверхности микровыступы — крошечные столбики размером от 10 до 100 микрон.
«Это, конечно, очень грубая аналогия, но все-таки представьте, что мои вытянутые руки — это материал, а растущие на них волосы — микровыступы, — поясняет ученый. — Если потянуть за руки, волосы не испытывают напряжения и остаются нетронутыми, то есть материал до определенной степени растяжения сохраняет свои свойства».
В новой работе специалисты пошли дальше: вместо спрей-покрытия они использовали лазерную абляцию, которая позволила им создать одновременно и микровыступы, и шероховатую поверхность, обеспечивающую отталкивающие свойства. Чтобы определить оптимальные параметры лазера — мощность, скорость и частоту импульсов, — ученые применили машинное обучение. Система анализировала, под каким сочетанием настроек достигается нужный «угол скольжения», то есть насколько легко капли жидкости отходят от поверхности, избавив ученых от необходимости проводить тысячи экспериментов, подбирая нужные показатели методом проб и ошибок.
Метод был протестирован на силоксановом эластомере, модифицированном фторуглеродным силаном. Полученный материал сохранял суперомниофобные свойства при растяжении до пятикратной длины и выдерживал более 5000 циклов таких растяжений и сжатий.
«Мы создали платформу для производства растягивающихся суперомниофобных материалов без использования агрессивных химических растворителей, — говорит Кота. — Это более экологичный и экономичный способ производства материалов для применения в самых разных сферах нашей жизни».
Ранее ученые объяснили, почему старые кухонные полотенца сушат посуду лучше новых.
