Cercetătorii dezvoltă straturi de silicon care își modifică frecarea în funcție de lichidul din jur
O echipă de cercetători de la Universitatea Newcastle a descoperit o metodă nouă de a produce suprafețe de silicon și de a controla proprietățile lor de alunecare, potrivit unui studiu publicat în revista Chemistry of Materials.
Siliconul este întâlnit frecvent în locuințe, în special în bucătărie, sub formă de acoperiri cauciucate, rezistente, hidrofobe și alunecoase. La scară nanometrică, materialul prezintă un potențial semnificativ pentru reducerea frecării suprafețelor, cu aplicații în dispozitivele medicale și în alte domenii.
Straturi uniforme de polimeri în formă de perie
Deoarece siliconul este format din molecule lungi, cunoscute sub numele de polimeri, oamenii de știință au încercat să creeze suprafețe în care aceste molecule să fie aranjate precum fibrele unei perii. Până acum, astfel de suprafețe au fost foarte greu de realizat, iar proprietățile lor de suprafață au fost dificil de controlat.
Folosind o tehnică de fabricație controlată numită polimerizare controlată inițiată la suprafață, echipa a reușit să crească straturi de silicon extrem de netede și uniforme. Grosimea acestor straturi a putut fi reglată de la doar câțiva nanometri până la peste 70 de nanometri.
Lichidele remodelază structura polimerilor
O descoperire importantă a fost că structura acestor straturi se modifică semnificativ în funcție de lichidul din jur. În apă și în alcooli simpli, lanțurile de polimeri se strâng puternic pe suprafață. În lichide precum toluenul și hidrocarburile, similare celor din lubrifianți, lanțurile absorb solventul și se extind, îndepărtându-se de suprafață și formând un strat mai gros și mai moale.
Pentru a confirma aceste observații, cercetătorii au combinat reflectometria de neutroni pe instrumentul Platypus de la Centrul Australian de Împrăștiere a Neutronilor cu măsurători de elipsometrie și microscopie de forță atomică. Împreună, aceste tehnici au arătat modul în care straturile s-au format, cum a răspuns structura lor internă la diferite lichide și cum aceste schimbări au afectat frecarea și aderența.
„Împrăștierea neutronilor a fost esențială pentru explicarea acestui comportament. Reflectometria de neutroni a relevat direct modul în care nanostructura periei de polimeri se schimbă în medii diferite, oferind informația structurală lipsă necesară pentru înțelegerea răspunsului neobișnuit de lubrifiere”, a declarat dr. Edwin Johnson de la Universitatea Newcastle, investigatorul principal al studiului.
Acoperiri comutabile la scară largă
Echipa a descoperit de asemenea că aceste suprafețe pot fi produse la scară mai mare, oferind o platformă pentru proiectarea unor suprafețe de silicon comutabile, a căror frecare și aderență pot fi ajustate prin schimbarea lichidului din jur.
Astfel de acoperiri ar putea contribui la îmbunătățirea lubrifierii, la finisaje industriale avansate, la suprafețe cu proprietăți anti-depunere, la tehnologii medicale și la dispozitive microfluidice. Mai larg, studiul demonstrează cum înțelegerea și controlul materialelor la scară nanometrică pot conduce la suprafețe inteligente care își adaptează comportamentul în funcție de condițiile în schimbare.
Primul autor al studiului, Zachary Di Pietro, a folosit activitatea sa de cercetare dedicată materialelor cu frecare ultra-redusă pentru a obține acces atât la timp de instrument, cât și la expertiza de vârf de la Centrul Australian de Împrăștiere a Neutronilor. Di Pietro deține și o distincție postuniversitară de cercetare AINSE.
Studiul a fost publicat în revista Chemistry of Materials.
