السطح الأكثر نعومة على الإطلاق

[ترجمة د. موشيه نحماني]

يمكن تعديل نعومة السطح عن طريق تغيير خشونته على المستوى الجزيئي - هكذا أثبت باحثون من فنلندا

يساعد هذا البحث في شرح كيفية تمكن قطرات الماء من الانزلاق بسهولة عن الأسطح المحبة للماء، إذا كانت موحدة كيميائيًا. بالإضافة إلى ذلك، يفتح هذا البحث نافذة على إمكانيات جديدة لتطوير أسطح منخفضة الاحتكاك - مما سيسمح للباحثين بتطوير الأسطح الأكثر انزلاقًا على الإطلاق في المستقبل. يمكن استخدام هذه الأسطح كطلاءات ذاتية التنظيف بعد رفض الأوساخ.

تعتمد نعومة السطح على عدم تجانسه الطبوغرافي، أو في الواقع على خشونته، وقد أظهرت العديد من الدراسات أن هذا الاعتماد يستمر على طول الطريق وصولاً إلى المستوى الجزيئي. وفي الوقت نفسه، لا تنزلق القطرات بسهولة على معظم الأسطح المحبة للماء، مع بعض الاستثناءات مثل تلك التي تعتمد على البولي إيثيلين جلايكول. يقول الباحث روبن روس من جامعة آلتو في فنلندا: "هناك عدد من هذه الدراسات، لكن الباحثين لم يتمكنوا حقًا من تفسير أصل هذه الظاهرة". 

قرر راس وزملاؤه إجراء فحص منهجي لكيفية تغير انزلاق السطح الذي عليه قطرة ماء مع تغير الكارهة للماء عن طريق وضع ثاني أكسيد النيتروجين النقي في غرفة مفرغة واستخدام ترسيب البخار لإنشاء طبقة أحادية كارهة للماء جزئيًا من أوكتيل ثلاثي كلورو سيلان على السطح . من خلال تغيير وقت التراص، أنشأ الباحثون أسطحًا تتراوح من سطح محب للماء تمامًا تقريبًا إلى جزر محبة للماء وكارهة للماء إلى سطح كاره للماء تمامًا. عندما اختبروا انزلاق الأسطح، وجد الباحثون أن الماء ينزلق بسهولة من الأسطح المغطاة بكثافة بطبقة أحادية أوكتيل ثلاثي كلورو سيلان الكارهة للماء. ومع ذلك، انزلقت قطرات الماء بنفس السهولة من الأسطح المحبة للماء والمغطاة بخفة بهذه المادة. عندما كانت التغطية السطحية تغطية متوسطة، شهدت قطرات الماء احتكاكًا أعلى من الأسطح المحبة للماء والكارهة للماء تمامًا. ثم ركز الباحثون على محاكاة الديناميكيات الجزيئية لشرح هذه النتيجة.   

وفي حالة السطح الكاره للماء للغاية، فإن قطرة الماء تلامس السطح بزاوية حادة جدًا، بحيث لا تتلامس سوى مساحة صغيرة من القطرة مع السطح وبالتالي تنزلق بسهولة. هذا المبدأ الذي تكون فيه منطقة التلامس في القطرة محدودًا للغاية معروف في الأدبيات العلمية ويستخدم بشكل متكرر في الأسطح شديدة الكارهة للماء. أما الحالات الأخرى فقد فاجأت الباحثين أكثر: في حالة التغطية القليلة، وهي حالة السطح المحب للماء، تتسطح قطرة الماء لتشكل طبقة رقيقة تغطي السطح. تتلامس قطرات الماء الأخرى على نطاق أوسع مع هذه الطبقة الرقيقة، ولكن نظرًا لحقيقة أن الطبقة كانت متحركة للغاية، فقد ساعدت في تقليل الاحتكاك بالسطح وساعدت هذه القطرات على تمرير السطح من خلالها. ومع ذلك، في الحالة المتوسطة، تم تشويه نتيجة السطح المحب للماء بسبب وجود "جزر" كارهة للماء. وبدلاً من الانتشار على طول السطح، تلتصق قطرات الماء بالسطح مرارًا وتكرارًا. "في الواقع، لم نلاحظ هذه الظاهرة عندما بدأنا بحث الموضوع، لكن بالنظر إلى الوراء فإن هذه الظاهرة تتفق بشكل كبير مع فكرة أن انتظام السطح يؤثر على مستوى احتكاكه، لذا فإن هذه الفرضية (العلاقة بين انتظام السطح وقال الباحث الرئيسي "السطح ومستوى احتكاكه) كان منطقيا تماما". 

قام الباحثون بتوسيع أبحاثهم لإنشاء سطح فائق الكارهة للماء وزلق للغاية. لقد قاموا "بتنمية" الطبقة الأحادية الكارهة للماء فوق طبقة من أكسيد الألومنيوم المطلي بالسيليكون الأسود، والتي تمت معالجتها على المستوى الميكرومتري من أجل تقليل مساحة التلامس لقطرة الماء قدر الإمكان وإنشاء صورة فائقة الجودة. سطح مسعور. وقال: "إن النهج المعتاد هو تقليل مساحة المنطقة التي يمكن أن تتلامس فيها القطرة مع السطح عن طريق جعل السطح موحدًا قدر الإمكان، لكن الباحثين لم يركزوا حقًا على تغيير كيمياء السطح". الباحث. ومع ذلك، في الحالة الحالية، جمع الباحثون بين الكارهة للماء فيزيائيًا وكيميائيًا. يقول الباحث: "إن منطقة التلامس صغيرة جدًا، وعند النقطة التي يلامس فيها الماء السطح، يبدأ تأثير الاحتكاك كما هو موضح سابقًا". ويعتقد الباحثون أن النتيجة هي خلق السطح الأكثر انزلاقًا على الإطلاق الذي صنعه الإنسان. يعتقد الباحث الرئيسي أن نهجهم قابل للتطوير ويقول إنه أجرى بالفعل مناقشات مع العديد من الشركات التي أعربت عن اهتمامها بنتائج بحثه.  المقال يدور حول البحث  الأخبار عن الأبحاث

أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن تغيير تغطية الطبقة الأحادية أدى إلى تغيير نعومة السطح. أنتجت كل من التغطية المنخفضة والتغطية العالية أسطحًا زلقة جدًا، ولكن لأسباب مختلفة. [المصدر: ساكاري ليبيكو وآخرون 2023]