Физики из Института оптики Рочестерского университета, штат Нью-Йорк, США, разработали новую технологию обработки поверхности металлов, благодаря которой она приобретает ярко выраженные гидрофобные свойства. В отличие от других способов защиты металлических поверхностей от воды, изобретение американских учёных не подразумевает нанесения покрытия: металл приобретает защитные свойства благодаря изменению структуры поверхности после обработки лазерным лучом.
Гидрофобные материалы востребованы во многих задачах, например, для предотвращения ржавчины, защиты от обледенения и даже в целях санитарной гигиены. Однако большинство используемых в настоящее время решений основывается на химических покрытиях, например, таких, как «fluoropore». Их основной недостаток — ограниченная стойкость к агрессивным средам или к механическому истиранию.
Технология, которую разработали Чуньлэй Го (Chunlei Guo) и Анатолий Воробьёв (Anatoliy Vorobyev), лишена этого недостатка. Учёные меняют свойства металлической поверхности, подвергая её воздействию очень коротких и мощных лазерных импульсов в инфракрасном диапазоне (длина волны составляет 800 нм). Длительность вспышек — всего 65 фемтосекунд (10−15 с), что составляет всего 24 периода колебаний световой волны. При этом мощность излучения во время импульса соответствует мощности всех электросетей Северной Америки, отмечается в пресс-релизе университета.
В результате каждый квадратный сантиметр металлической поверхности получает порядка нескольких джоулей энергии. Лазер создаёт на поверхности массив из параллельных микроканалов с шагом примерно 100 мкм и глубиной 75 мкм. Эти каналы, в свою очередь, покрыты наноструктурами размерами порядка 5—10 нм. После обработки угол смачивания водой достигает 120°, что формально не позволяет считать поверхность сверхгидрофобной. Однако угол наклона поверхности, при котором капли скатываются под действием силы тяжести, составил менее 5°, тогда как для сверхгидрофобных материалов порогом является 10°. Для сравнения, соскальзывание капель воды с тефлоновой поверхности требует наклона в 70°.
В университете подготовили видеоролик, наглядно показывающий свойства металлов, обработанных лазером.
Гидрофобность — не единственное интересное свойство, которое проявляет модифицированная металлическая поверхность. Ещё одной особенностью является способность к быстрому очищению от пыли. Экспериментаторы нанесли на поверхность содержимое мешка пылесоса и выяснили, что половина частиц пыли можно удалить тремя каплями воды, а для удаления остальных оказалось достаточно ещё десятка капель. После чего поверхность оказалась не только чистой, но и абсолютно сухой.
Другой эффект заключается в том, что после обработки лазером поверхность металла становится почти идеально чёрной. Для видимого света коэффициент отражения составляет от 1,3 до 4,5 %, в зависимости от выбранного металла и от длины волны света. Это свойство не является новым: ещё в 2006 году Го и Воробьёв опубликовали работу, в которой делились именно этим результатом обработки металлических поверхностей лазером. Тогда же они отмечали ещё одну особенность: обработанные поверхности имеют намного большую площадь по сравнению с необработанными, что очень важно при использования металлов в качестве катализаторов.
Чуньлэй Го видит перспективы для использования сверхгидрофобных материалов в развивающихся странах. Одно из возможных применений — эффективный сбор дождевой воды. Кроме того, использование гидрофобных поверхностей в уборных позволяет отказаться от процедуры регулярной их очистки.
Однако технология пока далека от практического применения. В настоящее время процедура занимает длительное время: для обработки металла площадью 1 квадратный дюйм (около 6,5 см²) требуется один час. Помимо ускорения процесса обработки, исследователи в качестве очередной цели обозначили поиск возможности применения созданной ими технологии для обработки неметаллических поверхностей.
