تحول در انتظار صنعت خودرو و ساختمان؛ اَبَر آب گریزترین ماده جهان ساخته شد 

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل ازسای تک دیلی ، دانشمندان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) در آلمان و مؤسسه فناوری گواهاتی (IITG) در هند، یک ماده سطحی ایجاد کرده‌اند که قطرات آب را تقریبا به طور کامل دفع می‌کند.

آنها با استفاده از یک فرآیند کاملا نوآورانه، چارچوب‌های فلزی - آلی (MOFs) که مواد طراحی شده مصنوعی با خواص جدید هستند را با پیوند زنجیره‌های هیدروکربنی تغییر دادند.

خواص ابر آبگریزی به دست آمده در این پژوهش برای استفاده به عنوان سطوح خود تمیز شونده‌ای که باید در برابر تاثیرات محیطی مقاوم باشند مانند خودرو یا در معماری جالب توجه است.

ساخت سطوح فوق آبگریز از MOF‌ها

چارچوب‌های فلزی - آلی (MOF) از یون‌های فلزی ساخته شده‌اند که با اتصال دهنده‌های آلی به هم متصل شده و ساختاری متخلخل و اسفنج مانند را تشکیل می‌دهند. سطح بسیار وسیع و قابل توجه شان که فقط دو گرم از آن می‌تواند یک زمین فوتبال را بپوشاند، آنها را برای کاربرد‌هایی مانند ذخیره سازی گاز، جداسازی دی اکسید کربن و فناوری‌های پیشرفته پزشکی ارزشمند می‌کند.

سطوح بیرونی MOF‌ها علاوه بر منافذ داخلی خود، ویژگی‌های منحصر به فردی را نیز ارائه می‌دهند. محققان این سطوح را با پیوند زنجیره‌های هیدروکربنی بر روی لایه‌های نازک MOF، تقویت و یک ماده ضد آب با زاویه تماس بیش از ۱۶۰ درجه ایجاد کردند. زاویه تماس بالاتر به معنای آب گریزی بهتر است، زیرا قطرات آب به جای پخش شدن، یک شکل تقریباً کروی را تشکیل می‌دهند.

«کریستف وول» «Christof Wöll» مجری این تحقیقات از مؤسسه رابط‌های عملکردی KIT می‌گوید: «با این روش توانستیم به سطوح فوق آبگریز با زوایای تماسی دست یابیم که به طور چشمگیری بالاتر از سطوح و پوشش‌های صاف دیگر است. اگرچه خواص مرطوب کنندگی ذرات پودر MOF قبلا مورد بررسی قرار گرفته، اما استفاده از لایه‌های نازک و یکپارچه MOF برای این منظور یک مفهوم پیشگامانه است.»

نسل بعدی مواد ابر آبگریز 

دانشمندان این نتایج را به آرایش برس مانند (برس‌های پلیمری) زنجیره‌های هیدروکربنی روی MOF‌ها نسبت می‌دهد. پس از پیوند به مواد MOF، آنها تمایل به تشکیل «کویل» دارند - حالتی از بی نظمی که دانشمندان آن را «حالت آنتروپی بالا» می‌نامند و برای خواص آبگریزی ضروری است. 

محققان می‌گویند این حالت از زنجیره‌های هیدروکربنی پیوندی را نمی‌توان روی مواد دیگر مشاهده کرد. قابل توجه است که زاویه تماس آب حتی زمانی که از زنجیره‌های هیدروکربنی پرفلورینه یعنی جایگزین کردن اتم‌های هیدروژن با فلوئور برای پیوند، استفاده کردند، افزایش نیافت.

 در موادی مانند تفلون، پرفلوراسیون خواص فوق آبگریز ایجاد می‌کند. با این حال، این محققان دریافتند، در ماده ابداعی شان، زاویه تماس آب به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. بررسی‌های بیشتر در شبیه سازی‌های رایانه‌ای تایید کرد که مولکول‌های پرفلورینه - بر خلاف زنجیره‌های هیدروکربنی - نمی‌توانند حالت آنتروپی بالا از نظر انرژی مطلوب را به خود بگیرند.

علاوه بر این، دانشمندان زبری سطح سیستم‌های SAM@SURMOF خود را در محدوده نانومتری تغییر داده و در نتیجه قدرت چسبندگی آب را بیشتر کاهش دادند. حتی با زوایای شیب بسیار کوچک، قطرات آب شروع به غلتیدن کردند و خواص آبگریز و خود تمیز شوندگی آنها به طور قابل توجهی بهبود یافت.

«اوتام مانا» «Uttam Manna» از واحد شیمی IITG می‌گوید: «پژوهش ما شامل یک تحلیل نظری دقیق نیز می‌شود که رفتار غیرمنتظره مشاهده شده در آزمایش‌ها را به حالت آنتروپی بالای مولکول‌های پیوند شده به لایه‌های MOF مرتبط می‌کند. این مطالعه طراحی و تولید مواد نسل بعدی با خواص آبگریز بهینه را تغییر خواهد داد.»

این مطالعه در مجله Materials Horizons منتشر شد.