السطح الأكثر جفافاً في العالم

مستوحاة من الطبيعة، ابتكر علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ما وصفوه بأنه "أفضل سطح طارد للماء في العالم".

بواسطة: أوفير ماروم

تجذب الأسطح المقاومة للماء (شديدة الكارهة للماء) الكثير من الاهتمام، نظرًا لقدرتها على البقاء جافة ونظيفة وقدرتها على منع تراكم الجليد عليها، وهي قدرات تسمح بتحسين أداء العديد من المنتجات. وبشكل عام، فإن الأسطح شديدة الكارهة للماء ليست ناعمة، كما قد يظن المرء خطأً، ولكنها خشنة إلى حد ما. هذه الأسطح مغطاة بمطبات نانومترية، مما يقلل من مساحة التلامس مع السائل. ولذلك فإن قوة الجذب بين السائل والسطح تكون أيضًا ضئيلة، مما يجعل السائل يفضل البقاء كقطرة متماسكة وعدم انتشاره على السطح ("تأثير اللوتس"). وقد أظهر البروفيسور كريبا فاراناسي ومجموعته البحثية في جامعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن استراتيجية جديدة، تختلف عما هو مقبول اليوم، يمكن أن تحسن من طارد الأسطح بشكل كبير، بطريقة لم تكن تعتبر ممكنة حتى الآن.

جاء الإلهام للطلاء الجديد الطارد للماء من ملاحظة الأسطح المتقدمة والحساسة للغاية التي تطورت في الطبيعة، مثل الجزء العلوي من زهرة قبعة الراهب، أو أجنحة فراشة مورفو. وتبين أن سطح هذه الأسطح مغطى بنمط من الحواف الصغيرة. وأظهر البحث أن هذا الشكل لم يتم إنشاؤه من أجل لا شيء. أثبت الباحثون أنه من خلال طلاء سطح بحواف صغيرة، تشبه شكل قبعة الراهب أو أجنحة فراشة مورفو، من الممكن تقليل وقت الاتصال إلى ما بعد الحد النظري، وهي معلمة لم يكن من المعتقد حتى الآن أنها يمكن أن تقلل من وقت الاتصال. يكون من الممكن تحسين.

وحتى الآن، ومن أجل تطوير الأسطح التي تطرد الماء، ركز الباحثون على تقليل قوى التجاذب بين السائل والسطح. ولكن حتى عندما تكون قوة الجذب بين الاثنين صفرًا، لا يزال السلوك الهيدروديناميكي للقطرة يملي الحد الأدنى من وقت الاتصال، والذي نتج عن حقيقة أن القطرة يتم سحقها إلى السطح ثم يتم تجميعها مرة أخرى في قطرة بشكل متماثل (مثل الانخفاض الأيسر في الفيديو المرفق). عندما تسقط دفقة من الماء على سطح من التلال الصغيرة، فإنها تنقسم إلى قطرات أصغر، تتناثر كل منها على حدة. نظرًا لأن كل قطرة صغيرة لها كتلة، وهي أقل من كتلة القطرة الأصلية، فإن الوقت الذي يستغرقه الدفع بعيدًا عن السطح أقل أيضًا (مثل القطرة اليمنى في الفيديو المرفق). إن تقليل الوقت الذي يلمس فيه السائل السطح يزيد من فرصة بقاء السطح جافًا، ويمنع بشكل أكثر فعالية تراكم الجليد عليه.

ويكتسب هذا التطور أهمية خاصة لأنه يمكن دمج الأنسجة الجديدة مع مواد قوية، مثل المعادن أو السيراميك، المقاومة للتآكل والحرارة العالية، وليس فقط على المنسوجات أو البوليمرات الهشة نسبيًا، كما هو معتاد اليوم لإنشاء مواد طاردة للماء الأسطح. ومن السهل أن نتصور تطبيق الفكرة في المنسوجات أو الزجاج أو البلاط كما هو الحال اليوم. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأشياء التي كانت حتى الآن أقل واقعية، مثل شفرات توربينات الرياح أو السيارات أو المحركات النفاثة أو خطوط الكهرباء، من المتوقع أن تقلل من فرصة تكوين الجليد. يبحث البروفيسور فيرانشي ومجموعته الآن في مجتمع التصميم عن أفكار للتطبيقات الممكنة. ربما لديك فكرة؟

للحصول على الأخبار في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا