سطوح ابر آبگریز

[Dreamy Girl 6672]

سطوح ابر آبگریز

 

 

 

 

 

مترجم: حبیب الله علیخانی

 

 

 

چکیده

 

زوایای عدم ترشوندگی بزرگ در هنگام تماس آب با سطوح(WCAs) و لغزش آسان قطرات بر روی سطوحی اتفاق می افتد که به آنها ابر آبگریز (superhydrophobic یا ultrahydrophobic) می گویند. این سطوح در سال های اخیر توجه زیادی را به خود اختصاص داده است. در سال های اخیر، مقالات جدیدی در این زمینه انتشار یافته است. در این مقالات، روش های آماده سازی یک چنین سطوحی آورده شده است. در این مقالات همچنین در مورد کاربردهای مختلف این سطوح در تولید سطوح خود تمیز شونده و همچنین مدل های دقیق در زمینه‌ی مطالعه‌ی سطوح الگودار نیز ارائه شده است. این مدل ها در پی یافتن رابطه میان مورفولوژی سطوح، قابلیت ترشوندگی و لغزش قطرات بر روی آن هستند. این مقاله‌ی مروری کارهای اخیر در این زمینه بیان شده است و در مورد توسعه های آینده در این زمینه نیز صحبت می کند. تمرکز این مقاله‌ی مروری بر روی روش های متنوعی است که برای تولید این سطوح مورد استفاده قرار می گیرد.

 

مقدمه

 

بسیاری از سطوح در طبیعت، دارای خواص آب گریز بالا و خود تمیز شوندگی هستند. مثال هایی از این سطوح عبارتند از بال های پروانه و برگ های گیاهانی همچون کلم و شاهی هندی. برخی از گیاهان خود رو مانند سرو کوهی که در نیوزیلند می روید و بسیاری از گیاهان دیگر دارای برگ هایی با سطوح واکسی هستند که این برگ ها نسبت به ترشوندگی در برابر آب ، مقاوم هستند. ابر ترکننده ها ی (superwetters) تری سیلوکسانی برای قابلیت قابل توجه آنها در تر کردن سطوح مقاوم در برابر ترشوندگی و افزایش خاصیت علف کشی، معروف هستند. بهترین مثال از سطوح خود ترشونده‌ی آب گریز برگ های درخت کنار است. بررسی ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی از سطح برگ های کنار، نشان می دهد که برآمدگی هایی با اندازه‌ی حدود 20 تا 40 میکرون که با کریستال های واکسی شکل پوشیده شده است. مطالعات گسترده نشان می دهد که این ترکیب در مقیاس میکرومتری و زبری در مقیاس نانومتری به همراه مواد با انرژی سطحی اندک، منجر می شود تا WCAS نسبی بزرگتر از 150 درجه، زاویه‌ی لغزش کوچک و خاصیت خود تمیز شوندگی، حاصل شود. سطوح با این خاصیت ابر آب گریز نامیده می شوند. به هر حال، برخی از مثال های طبیعی و بسیاری از مطالعات دیگر، از خود دومقیاس طولی نشان نمی دهند.

از زمانی که برای اولین بار Kao در میانه‌ی دهه‌ی 1990، سطوح مصنوعی ابر آب گریز را مورد بررسی قرار دادند، یک تعداد فراوان از روش های جالب برای تولید سطوح ناصافی ابداع شده است که دارای خاصیت ابر تر شوندگی هستند. علاوه بر خاصیت دفع آب، سایر خواص ماده مانند شفافیت و رنگ، آن ایزوتروپی، بازگشت پذیری، انعطاف پذیری و خاصیت تنفس، نیز در خاصیت ابر آب گریزی، شرکت دارند. هدف این مقاله، ارائه‌ی اطلاعات مفید در زمینه‌ی مطالعات انجام شده در زمینه‌ی سطوح ابر آب گریز است. دراین مقاله بیشتر بر روی مقالاتی تمرکز داریم که در سال های اخیر منتشر شده است. مقالات مروری مفیدی نیز در این زمینه بوسیله‌ی Nakajima و همکارانش ، Sun و همکارانش انتشار یافته است. Quere و همکارانش در مورد شیمی سطوح غیر چسبنده صحبت کرده اند.

قبل از اینکه ما به جزئیات بپردازیم، این ارزشمند است که دوباره به مثال در مورد گیاه کنار بر گردیم. در این ساختارها، کریستال های واکسی شکل، عمدتا از گروه های –CH2- تشکیل شده اند. طبیعت نیاز به استفاده از گروه های –CH3 گروه های فلئوروکربنی برای ایجاد این خاصیت نیست. این مثال به طور واضح نشان می دهد که انرژی سطحی بسیار پایین برای حصول خاصیت عدم ترشوندگی، ضروری نیست. به جای آن، قابلیت کنترل مورفولوژی یک سطح در حد میکرومتری و نانومتری یک عنصر کلیدی است. با ترکیب ویژگی های ترشوندگی و انرژی سطحی، قابلیت های مناسبی برای مهندسی سطوح، برای ما باز می شود.

کنترل ترشوندگی سطوح یک مسئله‌ی مهم است که در بسیار از تکنولوژی ها مهم می باشد. علاقه ها در زمینه‌ی تولید سطوح خود تمیز شونده موجب می شود تا عامل محرکه ای در زمینه‌ی مطالعه بر روی روش های ساخت یک چنین سطوحی بیشتر شود. این سطوح در بسیاری از کاربردها مانند دیش های ماهواره، صفحات انرژی خورشیدی، بخش های فوتوولتایی، شیشه های مورد استفاده در ساختمان سازی و خانه های سبز می باشد. این حقیقت که مایعات در تماس با این سطوح، با کمترین اصطکاک حرکت کنند، موجب پدید آمدن کاربردهایی مانند میکرو مایعات، لوله ها و بدنه های با اصطکاک کم شده است. بیشتر این کاربردها در سطوح جامد ایجاد می شود اما این تکنولوژی در زمینه‌ی تولید پارچه های آب گریز نیز وارد شده است. استفاده از بخش های با قابلیت عدم تر شوندگی در کاربردهای بیولوژیکی نیز وارد شده است. این مواد در رگ های مصنوعی خون و کاربردهای دیگر، نیز مورد استفاده قرار می گیرند. ما فرض کرده ایم که با گسترش این تکنولوژی، کاربردهای دیگری برای سطوح با قابلیت عدم ترشوندگی نیز ایجاد شود.

روش های تولید سطوح ابر آب گریز می تواتد به طور ساده به دو گروه طبقه بندی شود: ایجاد سطوح زبر از یک ماده‌ی با انرژی سطحی پایین و اصلاح سطح زبر با استفاده از یک ماده‌ی با انرژی سطحی پایین می باشد.

زبر کردن یک ماده‌ی با انرژی سطحی پایین

فلئوروکربن ها

پلیمرهای فلئوردار در این زمینه مورد توجه هستند که این خاصیت به دلیل انرژی های سطحی بسیار پایین در این سطوح حاصل می شود. زبر کردن سطحی این پلیمرها با روش های خاص، به طور مستقیم، منجر به ایجاد خاصیت ابر آب گریزی می شود. برای مثال، Zhang و همکارانش، یک راه ساده و مؤثر برای تولید فیلم های ابر آب گریز با استفاده از ایجاد خراش بر روی تفلون، گزارش داده اند. فیلم های اصلاح شده دارای کریستال های فیبری شکل با فضاهای حفره ای بزرگ در سطح است. این تصور وجود دارد که این حفرات مسئول ایجاد خاصیت ابر آب گریزی است. Shiu و همکارانش فیلم های تفلون را با استفاده از پلاسمای اکسیژن عمل آوری کرده اند و توانسته اند سطوح زبری با WCA بزرگتر از 168 درجه بدست آورند. به دلیل حلالیت محدود، بسیاری از مواد فلئوردار به صورت مستقیم مورد استفاده قرار می گیرد اما امکان ایجاد اتصال های سطحی و همچنین استفاده از مواد مرکب نیز در این کاربردها وجود دارد. Yabu و Shimomura یک غشاء متخلخل ابر آب گریز را با استفاده از ریخته گری محلول پلیمرهای بلوک فلئوردار (تحت محیط مرطوب)، تولید کردند (شکل 1a). این غشاء ها همچنین دارای تخلخل های بسیار کوچکی هستند. Xu و همکارانش [17] یک پرفلئورواکتانو سولفونات (PFOS) تولید کرده اند که با استفاده از پلی پیرول (Ppy) رسانا، دوپ شده است. این فیلم ها با استفاده از الکتروپلیمریزاسیون و پلیمریزاسیون شیمیایی تولید شده اند (شکل 1b). بطور قابل توجه، یک تبدیل بازگشت پذیر میان ابر آب گریزی و آب دوستی با تغییر در ولتاژ الکتروشیمیایی اعمال شده، حاصل می شود.

سیلیکون ها

 

یکی دیگر از مواد شناخته شده که دارای انرژی سطحی پایینی هستند، پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) است. به دلیل خاصیت تغییر شکل ذاتی و خاصیت آب گریزی، PDMS می تواند به سهولت سطوح ابر آب گریزی ایجاد کند. برای مثال Khorasani و همکارانش PDMS را با استفاده از لیزر پالسی دی اکسید کربن، تحت عمل آوری قرار داده است. WCA این PDMS ها به 175 درجه می رسد که این اعتقاد وجود دارد که این خاصیت هم به دلیل وجود تخلخل و هم نظم زنجیره های سطح PDMS ایجاد می شود (شکل 2a). به طور مشابه، Jin و همکارانش از روش اچ لیزری برای تولید سطوح زبر از جنس PDMS استفاده کرده اند که این سطوح دارای ساختارهای میکرو و نانوکامپوزیتی است. یک چنین سطحی دارای یک خاصیت آب گریزی است که WCA آنها بالاتر از 160 درجه است و زاویه‌ی لغزش نیز کوچکتر از 5 درجه است. Sun و همکارانش اخیراً یک روش نانوریخته گری

گزارش کرده اند که بوسیله‌ی آنها سطح PDMS ابر آب گریز، تولید می شود. آنها ابتدا یک تمپلیت منفی را با استفاده از برگ کنار، تولید کردند و بعد از آن از این تمپلیت برای تولید PDMS استفاده کردند (شکل 2b). این سطوح دارای خواصی مشابه با خواص برگ کنار دارند.

با وجود تفاوت در ترکیب شیمیایی و انرژی سطحی موجود بین برگ های کنار و مواد مورد استفاده، این مشابهت، جالب توجه است.

یک راه دیگر برای ایجاد انرژی سطحی پایین در PDMS، استفاده از پلیمرهای بلوک مانند پلی استیرن- بی متیل سیلوکسان (PS-PDMS) است. برای مثال، Me و همکارانش یک غشاء ابر آب گریز را در داخل بافته های الیافی تولید کردند. آنها این ساختارها را با استفاده از الکتروریسندگی یک کوپلیمر بلوک از جنس PS-PDMS تولید کردند (شکل 2c). ابر آب گریزی این فیلم ها در حد 163 درجه است که به دلیل ترکیب کردن اجزای PDMS بر روی سطح الیاف و زبری سطحی (ایجاد شده بوسیله‌ی الیاف با قطر کوچک (150 تا 400 نانومتر))، ایجاد شده است. انعطاف پذیری، قابلیت تنفس و خود ایستایی این غشاء ها از جمله زمینه های مورد توجه در کاربردهای الیاف و بیوپزشکی است. اخیرا، Zhao و همکارانش یک سطح ابر آب گریز را با ریخته گری محلول های میسلی PS-PDMS در هوای مرطوب، تولید کرده اند (شکل 2d).

 

مواد آلی

 

اگرچه فلئوروکربن ها و سیلیکون ها، به عنوان موادی آب گریز شناخته می شوند، طبیعت با استفاده از هیدروکربن های پارافینی به خاصیت عدم تر شوندگی و خود تمیز شوندگی رسیده است. اخیرا، چندین گروه نشان داده اند که سطوح ابر آب گریز می تواند با استفاده از مواد آلی تولید شوند. Lu و همکارانش پیشنهاد داده اند که یک راه ساده و ارزان قیمت برای تولید سطوح ابر آب گریز با تخلخل های بالا، با استفاده از کنترل رفتار کریستالیزاسیون پلی اتیلن (PE) قابل حصول است. WCA حاصله در این مواد تا 173 درجه نیز گزارش شده است که این میزان از WCA با افزودن سیکلوهگزان به محلول های پلی اتلن/ زایلن و تشکل ساختارهای کریستالی شبه کرکی و نانوساختار، قابل حصول است (شکل 3a). Jiang و همکارانش نشان دادند که ریسندگی الکترواستاتیک و اسپری کردن یک محلول PS در دی متیل فرمالدهید (DMF) می توان یک فیلم ابر آب گریز تولید کرد که از بخش های میکرویی و نانو الیاف متخلخل تشکیل شده است (شکل 3b). Lee و همکارانش نانوالیاف PS موازی شده ای را با استفاده از تمپلیت های متخلخل آلومینیومی تولد کرده اند. به دلیل اینکه نسبت طول به قطر نانوالیاف PS افزایش می یابد، این نانوالیاف نمی تواند به صورت قائم قرار گیرند اما دسته هایی را در سه بعد تشکیل می دهند که دارای سطوحی زبر هستند (شکل 3c).

سایر مواد آلی مانند پلی آمیدها، پلی کربونات ها و آلکیل کتان دیمرها اخیرا مورد استفاده قرار گرفته اند و از آنها در ساخت سطوح ابر آب گریز، استفاده شده است. Yan و همکارانش یک فیلم پلی آلکیل پیرول را با استفاده از پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی تولید کرده اند. این فیلم ها دارای ساختار سوزنی شکل هستند و دارای خاصیت ابر آب گریز هستند (شکل 3d).

 

مواد آلی

 

مواد آلی مختلفی در تولید سطوح ابر آب گریز مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مثال، سطوح ابر آب گریز از ZnO و TiO2 نیز ساخته شده است. شکل 4a یک تصویر SEM از نانومیله های ZnO را نشان می دهد. Feng و همکارانش این مواد را از طریق روش دو مرحله‌ی محلول، ساخته اند. فیلم های نانومیله ای از جنس ZnO ابر آب گریز هستند. که این خاصیت به دلیل زبری سطحی و انرژی سطحی پایین صفحات (001) نانومیله های موجود در سطح فیلم، ایجاد شده است. این مسئله در الگوی تفرق اشعه‌ی X شکل 4a مشاهده می شود. این مسئله قابل توجه است که ابر آب گریزی با تابش اشعه‌ی UV به ابر آب دوستی تبدیل می شود که این مسئله به دلیل ایجاد جفت الکترون –حفره و در نتیجه جذب گروه های هیدروکسیل بر روی سطح ZnO حاصل می شود. ذخیره سازی فیلم های تحت تابش قرارگرفته در یک بخش تاریک به مدت 7 روز موجب بازگشت خاصیت ابر آب گریزی می شود. به طور مشابه، آنها همچنین فیلم های نانومیله ای از جنس دی اکسید تیتانیوم تولید کرده اند که دارای همین خاصیت برگشت پذیری است (شکل 4b).

ایجاد یک زیرلایه‌ی زبر و اصلاح آن با استفاده از مواد با انرژی سطحی پایین

روش های ایجاد سطوح ابر آب گریز با استفاده از زبر کردن مواد با انرژی سطحی پایین، فرایندهایی یک مرحله ای است و بسیار ساده است اما آنها همواره به گروهی محدود از مواد محدود می شوند. ایجاد سطوح ابر آب گریز با استفاده از یک استراتژی کاملا متفاوت، یعنی ایجاد یک زیرلایه‌ی زبر و سپس اصلاح آن با استفاده از مواد با انرژی سطحی پایین، می تواند قابلیت تر شوندگی سطحی ماده‌ی بالک را با خواص بالقوه‌ی مواد با انرژی سطحی پایین، ترکیب کند و سطوح ابر آب گریز مناسب تولید کند.

راه های بسیاری وجود دارد که بوسیله‌ی آنها می توان در سطحی زبری ایجاد کرد. این روش ها عبارتند از ایجاد زبری مکانیکی، اچ شیمیایی/ لیزری، لیتوگرافی، فرایندهای سل ژل ، ریخته گری از حالت محلول و مونتاژکاری لایه به لایه و مونتاژکاری کلوئیدی، واکنش الکتریکی/ شیمیایی و رسوب دهی، ریسندگی الکتریکی و روش های رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار می باشد. همچنین برخی روش ها وجود دارد که به صورت تجاری برای اصلاح شیمی سطح مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، پیوندهای کوالانسی می تواند بین طلا و آلکیل تیول ها ایجاد شود. سیلان ها اغلب برای کاهش انرژی سطحی مورد استفاده قرار می گیرند. اتصال فیزیکی، جذب سطحی و پوشش دهی می تواند همچنین شیمی سطح را دگرگون سازد. در این بخش، ما بر روی تکنیک های مهمی تمرکز می کنیم که در طی 2 سال گذشته برای ایجاد زبری بر روی سطح مورد استفاده قرار گرفته اند. اگرچه بسیاری از این مطالعات به سمت ایجاد سطوح تجربی جهت دهی شده اند، برخی از مدل های مهم نیز در اینجا مورد بررسی قرار گرفته است.

 

اچ و لیتوگرافی

 

اچ کردن یک فرایند مؤثر و قوی برای ایجاد زبری سطحی است. روش های اچ کردن مختلف عبارتند از روش اچ کردن پلاسمایی،‌ اچ کردن لیزری و اچ کردن شیمیایی می باشد. که همه‌ی آنها در سال گذشته، برای تولید سطوح ابر آب گریز مورد استفاده قرار گرفته است. برای مثال، Teshima و همکارانش یک سطح ابر آب گریز را با استفاده از روش اچ پلاسمایی اکسیژن گزین برروی پلی اتیلن ترفتالات، ایجاد کردند. این فرایند با یک فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (با کمک پلاسما) دنبال شده است که در آن از پیش ماده‌ی تترامتیل سیلان (TMS) استفاده شده است (شکل 5a). Qian و Shen ، یک روش ایجاد زبری سطحی ساده را با استفاده از اچ کردن شیمیایی انتخابی- نقصی ارائه کردند که بر روی فلزات پلی کریستال مانند آلومینویم (شکل 5b) قابل اجراست. بعد از عمل آوری با فلئوروآلکیلی سیالان، سطح فلزی اچ شده دارای خاصیت ابر آب گریزی است.

لیتوگرافی (مثلاً فوتولیتوگرافی، لیتوگرافی باریکه‌ی الکترونی، لیتوگرافی اشعه‌ی X، لیتوگرافی نرم، لیتوگرافی نانوکروی و ... )یک روش مناسب برای ایجاد میکرو و نانوالگوهای با ناحیه‌ی تکرار وسیع است. Abdelsalam و همکارانش یک مطالعه‌ی منظم برروی ترشوندگی سطوح طلایی ساختاری را انجام دادند که از طریق الکترودیپوزیشن تولید می شدند. این افراد نقش اندازه‌ی تخلخل و شکل آن بر روی کنترل خاصیت تر شوندگی را مورد ارزیابی قرار دادند (شکل 5c). Martines و همکارانش آرایه های منظمی از جنس نانوحفرات و نانوستون ها را با استفاده از لیتوگرافی باریکه‌ی الکترونی و اچ پلاسمایی تولید کردند. آنها یک ابر آب گریزی را با WCA 164 درجه و پسماند 1 درجه بدست آوردند (شکل 5d شامل یک تصویر SEM بعد از ایجاد خاصیت عدم ترشوندگی بوسیله‌ی اکتادی سیل تری کلروسیالان است). سطوح کامپوزیتی با الگوهای ابر آب گریز و ابر آبدوست بوسیله‌ی Notsu و همکارانش گزارش شده است. این سطوح با استفاده از فوتولیتوگرافی ساخته شده اند.

 

فرایند سل ژل

 

فرایندهای سل ژل برای تولید سطوح ابر آب گریز از مواد مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. در بیشتر این بررسی ها، هیچ فرایندد بعد از آب گریز سازی، برای حصول ابر آب گریزی مورد استفاده قرار نگرفته است زیرا از مواد با انرژی سطحی پایین در فرایند سل ژل استفاده شده است. برای مثال، Shirtcliffe و همکارانش فوم های متخلخلی را با استفاده از فرایند سل ژل و با استفاده از ارگانو تری اتوکسی سیالان تولید کردند که دارای خاصیت سوئیج بین خاصیت ابر آب گریزی و ابر آب دوستی است. این سوئیچ در دماهای مختلف انجام می شود. (شکل 6a). Hikita و همکارانش از ذرات سیلیس کلوئیدی و فلئوروآلکیل سیالان به عنوان مواد اولیه در فرایند سل ژل استفاده کردند و از این روش برای تولید خاصیت ابر آب گریزی استفاده کردند (شکل6b). به جای مخلوط کردن مواد با انرژی سطحی پایین در سل، Shang و همکارانش یک روش برای ایجاد سطح ابر آبگریز با استفاده از اصلاح فیلم های سل- ژلی با افزودن سیالان فلوئوردار، ابداع کرد. با یک روش مشابه، Wu و همکارانش ، یک سطح میکروساختاری بر پایه‌ی ZnO تولید کردند که این سطح با استفاده از روش شیمی تر تولید و با استفاده از پوشش دهی سطح با استفاده از اسیدهای آلکانوییک با زنجیره های طولانی، خاصیت ابر آب گریزی ایجاد گردید.

مونتاژ لایه به لایه (LBL) و مونتاژ شیمیایی

 

مونتاژ خود به خودی لایه به لایه یک فرایند قوی برای تولید پوشش های لایه نازک دارای خواص کنترل شده در سطح مولکولی است. این روش ها از برهمکنش های الکترواستاتیک و پیوند هیدروژنی بهره می برند. اخیرا، فرایند LBL بوسیله‌ی برخی از گروه ها ی تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته و بوسیله‌ی آن، سطوح زبر برای استفاده در کاربردهای ابر آب گریزی، تولید شده است. برای مثال، Zhai و همکارانش از تکنیک LBL برای ایجاد یک مولتی لایه از جنس پلی آلیل آمین هیدروکلراید/ پلی اکریلیک اسید (PAH/PAA) استفاده کرده اند. این مولتی لایه بعد از اعمال یک فرایند عمل آوری با اسید، یک ساختار خانه زنبوری ایجاد می کند. بعد ازایجادپیوند عرضی در ساختار، آنها نانوذرات سیلیس را بر روی سطح ( از طریق فروبردن زیرلایه در داخل سوسپانسون های تولید شده از نانوذرات و یک محلول PAH) رسوب دهی کردند. شکل 7A تصویر SEM از ساختارهای لانه زنبوری حاصله را نشان می دهد. خاصیت ابر آب گریزی بعد از اینکه سطح با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار ، اصلاح شد، بدست آمد. این فرانید رسوب دهی با پیش ماده های تری دیکا فلئورو تترا هیدرو اکتیل تری کلروسیالان، انجام شده است و بعد از آن یک عملیات حرارتی به مدت 2 ساعت بر روی نمونه ها انجام شده است. مونتاژکاری خود به خودی LBL همچنین می تواند با روش رسوب دهی الکتروشیمیایی ترکیب شود و برای تولید سطوح ابر آب گریز مورد استفاده قرار گیرد. این کاربوسیله‌ی Zhang و همکارانش درطی 2 سال گذشته انجام شده است.

مونتاژکاری از سیستم های کلوئیدی نیز برای ایجاد زبریسطحی مناسب برای ایجاد ابر آب گریزی، مورد استفاده قرار گرفته است. Ming و همکارانش یک سطح زبر شده را که دارای ذرات تمشک مانند بودند، تولید کردند که این ساختار از طریق ایجاد اتصال بین ذرات سیلیس دارای گروه آمینی و اندازه‌ی 70 نانومتر با ذرات سیلیس دارای گروه عامل دار اپوکسی با اندازه‌ی 700 نانومتر (از طریق واکنش میان گروه های عاملی ذکر شده) ایجاد شده اند (شکل 7b). این سطوح بعد از اصلاح با PDMS، ابر آب گریز شدند.

واکنش الکتروشیمیایی و رسوب دهی

 

واکنش الکتروشیمیایی و رسوب دهی به طور گسترده برای آماده سازی سطوح ابر آب گریز، مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، Zhang و همکارانش نشان داده اند که سطح پوشیده شده با خوشه های طلای دندریتی که با استفاده از روش رسوب دهی الکتروشیمیایی، تولید می شوند، بعد از رسوب دهی با مونولایه‌ی n دودکان اتیول، دارای خاصت ابر آب گریزی است (شکل 8a یک ساختار نمونه وار از این خوشه ها را نشان می دهد). Shirtcliffe و همکارانش یک سطح مسی را دو بار زبر کرده اند و با استفاده از روش الکترورسوب دهی و تکنیک الگوسازی، آن را با بخش های شکلاتی شکل، پوشاندند. عملیات ابر آب گریزی که با استفاده از فلئوروگربن ها انجام شده است، منجر به ایجاد WCA در حدود 160 درجه در این مواد می شود(شکل 8b). Cho و همکارانش اخیراً تولید سطوح فلزی مشابه برگ کنار را با استفاده از واکنش الکتروشیمیایی آلیاژ Cu یا Cu-Sn بر روی صفحات فولادی (با گاز گوگرد) و عملیات متعاقب پرفلئوروسیلان (شکل 8c) را گزارش داده اند. این بد نیست بدانید، رسوب دهی حمام شیمیایی(CBD) نیز برای تولید سطوح نانوساختار، مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، Hosono و همکارانش ازاین روش برای تولید فیلم های با برامدگی های نانویی از جنس هیدروکسید کبالت(BCH) استفاده کردند و WCA در حدود 178 درجه بدست آورند( این WCA بعد از اصلاح این سطح با استفاده از اسید لوریک (LA) (شکل 8d) بدست آمده است).

سایر روش ها

 

الکتروریسندگی یک روش قدرتمند برای ایجاد الیاف بسیار ریز است و بوسیله‌ی تعدادی از گروه های تحقیقاتی برای ایجاد زبری و حصول ابرآب گریزی، مورد استفاده قرار گرفته است. الکتروریسندگی یک ماده‌ی آب گریز، منجر به تشکیل الیاف ابر آب گریز در یک مرحله، می شود. Ma و همکارانش نشان دادند که حتی خاصیت ابرآب گریزی تا 175درجه نیز با این روش قابل حصول است. در این فرایند، یک لایه‌ی نازک از جنس پلیمر فلئوردار، بر روی بافته‌ی حاصله از الیاف الکتروریسندگی شده، ایجاد می شود. با مطالعه‌ی در مقاله ها می توان اطلاعات مفیدی در مورد اثر مورفولوژی الیاف بر روی خاصیت ابر آب گریزی، بدست آورد(شکل 9a).

رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار یا رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار(CVD و PVD) به طور گسترده برای اصلاح شیمی سطح و سنتز سطوح نانوساختار، مورد استفاده قرار می گیرند. Huang و همگارانش، یک سطح با خاصیت ابر آب گریزی را بیا استفاده از فرایند CVD بر روی لایه‌ی کاتالیستی Fe-N تولید کرد. ابر آب گریزی بعد از پوشش دهی لایه‌ی نازک از جنس ZnO حاصل می شود (شکل 9b).

 

نتیجه گیری و دورنما

 

این زمینه، یک زمینه‌ی فعال با کاربردهای بسیار است که هر ماهه با روشی جدید برای ایجاد سطوح ابر آب گریز، و بررسی های تئوری در زمینه‌ی روابط میان مورفولوژی سطحی و ترشوندگی / لغزش، روبروست. بررس های تئوری با استفاده از مدل های بوجود آمده به کمال می رسند.. این مدل ها با اشکال پیچیده‌ی مورفولوژی سطح روبرو هستند. روش های سل ژل در تولید سطوح جامد باخاصیت عدم ترشوندگی، به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته اند. سایر سطوح مانند اشکال غشائی انعطاف پذیر توجه بیشتری را به خود اختصاص داده اند. تولید یک چنین سطوحی در داخل وسایل میکروفلوید ی، به احتمال زیاد زمان کوتاه تری را به خود اختصاص می دهد. مطالعاتی که بر روی سایر جنبه ها مانند کاهش میزان کشش، کار می کنند، نیز در حال ظهور هستند.

بسیاری از مطالعات در این زمینه تنها نتایج ظاهری برای ترشوندگی است و لغزش معمولاً زاویه‌ی تماسی است که بدون توجه به پسماند زوایه ای گزارش شده است. جزئیات روش های مورد استفاده برای اندازه گیری این مقادیر اغلب بیان نشده است. البته این مسئله حائز اهمیت می باشد که جنبه‌ی زبری در مدل ها، یک پارامتر متنوع است و انواع مختلفی از این زبری در طبیعت و آزمایشگاه، یافت می شود. در حالی که مدل های ساده‌ی Cassie و Wenzel چارچوب مناسبی برای آگاهی یافتن درمورد زوایای تماس زیاد، فراهم آورده است، تدوین مدل های جزئی تر برای ایجاد ارتباط میان این زوایا و پسماند زاویه ای، ضروری است. اخیرا یک تلاش در این زمینه وسعت بخشیدن به دامنه‌ی اطلاعات در زمینه‌ی زبری، بوسیله‌ی Nosonovski و Bhushan انجام شده است. زوایای تماس بیشتر از 170 درجه با این روش ها گزارش شده است که در این ارتباط، مدل Cassio حدود 1 % تماس میان آب و سطح جامد را محاسبه کرده است. این مسئله گیج کننده است و نیازمند بررسی های تجربی بیشتری است. خوب است این مسئله تذکر داده شود که یک دید دیگر از ابر آب گریزی یا پسماند از نقطه نظر خط تماس نسبت به ناحیه‌ی تماس (این مساحت به طور گسترده گزارش شده است مخصوصا به وسیله‌ی Oner و McCarthy) می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

یک سوال اساسی در مورد سطوح ابر آب گریز، مخصوصا برای کابردهای بالقوه‌ی این سطوح، میزان ثبات این اثر است. مدل سازی تئوری انتقال از حالت ترشوندگی هتروژن به حالت ترشوندگی هموژن، میزان فشار هیدرولیک و تجربیات در زمینه‌ی کندانس شدن، در سال گذشته، گزارش شده است و توانسته اطلاعات مفیدی در زمینه‌ی این مشکل به ما بدهد. هم Chang و هم Jin و همکارانش زوایای تماس بالا و افت چسبندگی را مشاهده کردند که این مسئله این ادراک را که سطوح زبر منجر به تشکیل حالت ترشوندگی هتروژن می شود را به چالش می کشد.

 

منبع:راسخون