Самоочищающаяся поверхность - технология будущего

19.11.2016 13:53
Просмотров: 6478
Иллюстрация:
blogspot.com
Самоочищающаяся поверхность - технология будущего


Развитие искусственных поверхностей


Современные технологии позволяют создавать практичные защитные материалы, способствующие созданию в покрытии наружных поверхностей дополнительных эффектов. Для этого технологи и разработчики используют различные виды не только химических веществ. Так же хорошим материалом являются искусственно созданные элементы, которые стоят намного меньше дорогих аналогов. В специализированных магазинах можно приобрести подобные товары.

Например, благодаря нано технологиям разработчиками была создана оригинальная искусственная поверхность, которая при более детальном рассмотрении с помощью различных устройств напоминает щетку. Удивительно, но подобную, создано при помощи различных современных технологий защитную поверхность по-другому называют нано травой. Такое название Она получила благодаря тому, что в структуре нано травы переплетается огромное количество различных нано стержней, симметрично расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Зачастую основным материалом для создания подобных стержней является кремний. Ведь он хорошо взаимодействует с другими типами поверхностей и различных материалов.

Кроме того, используют и другие вещества, а также материалы, позволяющие открывать новые возможности самоочищающихся типов поверхностей. Всё зависит от типа покрытия. Поэтому некоторые материалы усовершенствуют при помощи специальных добавок и химических элементов, отличающихся особой прочностью и долговечностью.


Свойства самоочищающейся поверхности


Это ты такую ситуацию, что-то подобную нано траву пропадает капля воды. Жидкость не сможет проникнуть глубже поверхность только потому, что специально продуманная структура нано травы и присутствие большого натяжения жидкости на поверхности не пропустит воду, оттолкнет её.

Способность к отталкиванию различных жидкостей присутствует во всех типах самоочищающихся поверхностей. Это свойство позволяет материалам не разрушать свою структуру, даже когда воздействие внешних факторов осуществляет давление на саму поверхность.

Подобная самоочищающаяся поверхность уникальна, благодаря своим свойствам:

  • отталкивания жидкости,
  • сохранения изначальной формы, даже после воздействия на защитный материал,
  • предотвращения разрушения основной конструкции.

Капля жидкости на супергидрофобной поверхности


Капля жидкости на супергидрофобной поверхности (капля касается листа только в нескольких точках, стягивается за счет поверхностного натяжения к шару и при самых незначительных углах наклона свободно скатывается)

Для того, чтобы обеспечить покрытие наружных поверхностей дополнительным увеличением защитных функций самоочищающегося типа поверхности, необходимо использовать особые лакокрасочные материалы. Несколько лет назад химики смогли добиться уменьшение уровня смачиваемости, используемые при защите поверхностей нано травы. Секрет заключался в создание дополнительного слоя при помощи применения одного из гидрофобных полимеров.

Данные вещества просто наносят на поверхность нано травы. После того, как полимер начнет выполнять свои защитные функции, к подобной нано траве не прилипнет не только вода, но и различные части других материалов, способных загрязнять поверхности.

Таким образом, эти частички грязи или же вода, которым всё же удалось попасть на самоочищающуюся поверхность, просто скатывается с неё. Иногда они смываются водой, задерживающейся на некоторое время на поверхности самого покрытия. Это очень удобно, ведь поверхность не нуждается в дополнительной очистке или же поддерживании её чистоты.


Эффект лотоса


Подобное самоочищение поверхности с использованием нано технологий называют "эффектом лотоса". Подобное название обусловлено тем, что лотос, произрастает зачастую в болотистой местности, способен сохранить частоту своих листьев даже в грязной воде. Очищение поверхностей листьев - эта способность приобретена благодаря своей структуре.


Цветок лотоса Поверхность листа лотоса под электронным микроскопом
Цветок лотоса и капля воды на поверхности листа Поверхность листа лотоса под электронным микроскопом

Ведь сами листья обладают уникальным свойством - вода просто скатывается с их поверхности, не задерживаясь на ней. Таким образом, цветок лотоса сохраняет свою чистоту. Ученые выяснили интересную особенность подобных цветов. На поверхности их листьев не удается задержаться не только каплям меда, но и частицам природного клея. Поэтому новое изобретение было названо в честь этого поистине уникального природного явления.

Секрет листьев лотоса заключён в особом природном преимуществе, позволяющем цветку очищать свои листья, предотвращая попадание на них грязи или же воды. При более детальном рассмотрении листьев с использованием микроскопа, можно раскрыть секрет данной самоочищающейся поверхности, которая была создана природой.


Функции искусственной поверхности


По всей поверхности листа можно увидеть различные микропупырышки, оснащенные специальными микроворсинками. Большинство проведённых исследований установили природу данных ворсинок. Оказалось, они были сделаны из воска. Ведь только воск является природным материалом, обладающим специальными гидрофобными свойствами. Поэтому листья лотоса очень похожи на нано траву, созданную учеными в лабораторных условиях.

Ученые просто взяли за основу подобное свойства листьев и на его основе создали специальное защитное покрытие, которая в свою очередь:

  • сохраняют чистоту поверхности,
  • предотвращает её деформирование,
  • способствует самообновлению защитного материала.

Капля воды на гладкой и шероховатой поверхностях

Капля воды на гладкой (слева) и шероховатой (справа) поверхностях


Природа всегда вдохновляла ученых и различных разработчиков на создание новых решений для улучшения человеческой жизни. Однако, данные материалы должны быть не только приемлемые по цене недоступны для создателей таких защитных покрытий.

Поэтому на данный момент ученые заняты поиском дополнительных источников для создания более дешевого и одновременно практичного сырья.

Это позволит не только упростить процесс производства самоочищающегося покрытия, но и создаст возможность для дополнительного расширение ассортимента товаров, созданных при помощи использования технологии "Эффекта лотоса".


Покрытие наружных поверхностей


Ученые добились значительных результатов в создании самоочищающихся покрытий и поверхностей, способных водоотталкивающим свойствам. Только представьте себе материалы у которых самоочищающиеся покрытия, поверхности, которых будут оставаться чистыми на протяжении всего времени их эксплуатации. Это значительно уменьшит финансовые расходы на приобретение всевозможных химических средств и очистителей, способных уничтожить грязи и налёт с поверхностей.

К тому же при слишком частом воздействии на поверхность при помощи химических веществ её структура со временем разрушается. Этого можно избежать, установив специальную самоочищающуюся поверхность, которая обеспечит дополнительную защиту любому типу конструкции.

Как нано поверхность будет использоваться в ближайшем будущем? Например, можно будет создать наряды, которые никогда не будут загрязняться или же терять яркость света.

Сейчас уже идут разработки уникальные самоочищающиеся поверхности ветрового стекла. Его уникальность состоит в том, что специальные нано ворсинки расположены на внешней поверхности материала. Это создаст защитное нано покрытие, которое обеспечит дополнительное удобство в управлении транспортным средством при различных погодных условиях.

Процесс лотос-эффекта

Процесс лотос-эффекта: 1 – нанопокрытие; 2 – капля жидкости (воды); 3 – загрязнение; 4 – поверхность (стекло, краска, керамика и т.д.)


Применение самоочищающегося покрытия


Кроме травы для машин уже созданы колесные диски, сохраняющие свою частоту на протяжении всего периода управления транспортным средством.

В сфере создания строительных материалов с использованием "эффекта лотоса" также будет проведено множество инновационных проектов. Среди лакокрасочных материалов уже появились краски с "эффектом лотоса", благодаря которым можно покрасить внешнюю части дома и больше не беспокоиться о потом, что на его стенках будет накапливаться грязь.

Существуют так же водоотталкивающие краски со специальными дополнительными эффектами. Благодаря их использованию можно добиться нужных вам результатов и при этом не обладать специальными знаниями в науке.

По какому же принципу действует данная краска с "эффектом лотоса"? Когда на обычную поверхность попадает какая-то грязь, то она остаётся на ней и со временем образует налёт. Даже вода полностью не способна смыть все загрязнения.

Очистить самостоятельно большую площадь практически невозможно без применения особой техники. Ведь не все участки дома доступны для очистки простыми моющими средствами.

Зачем тратить своё личное время и деньги, если всё, что Вам нужно - это краска с особыми добавками? Нет необходимости в приобретении материалов, отталкивающих жидкости и грязь. Лучше купить краску, выполняющую в два раза больше защитных функций и не нуждающуюся в дополнительных установках и последующей замене материалов.

И если в очищающих типах поверхностей содержатся специальные волокна, задерживающие попадание грязи и жидкости на основную поверхность, то краска действует немного по-другому.

В её составе присутствуют особые микрокристаллы, которые похожи на микроволокна и препятствуют распространению грязи по поверхности. Они состоят из стеклянных частиц, искусственно созданных в лабораторных условиях. Подобно листьям лотоса, они действуют как мощный водоотталкивающий технологически совершенный механизм.

Стёкла домов так же могли бы стать более совершенными, благодаря существованию такой технологии. Ведь она универсальна и по сути эффект лотоса можно применять на разных типах поверхностей, которые вполне возможно будут созданы из прочных или же эластичных материалов.

Поэтому разработчики всерьёз задумались об усовершенствовании уже существующих технологий. Особенно подобные стёкла очень актуальны на большой высоте, где всевозможные очистители и моющие средства не способны на длительное время избавить стекло от грязи и сохранить его эстетический вид. Стекло, усовершенствованное водоотталкивающими свойствами намного дешевле и эффективнее обычного.


Ниже можно посмотреть видео с сравнением обычного и самоочищающегося стекла


Даже обычная керамическая плитка может стать универсальной и долговечной, если усовершенствовать её при помощи специальных добавок при создании её формы. Для домов так же разрабатывают специальную черепицу, способную сохранять свою чистоту. Разработчики продумали даже возможность предотвращения накапливания больших объёмов снега на крыше.

Самоочищающиеся поверхности приобретают всё большую популярность, благодаря своим свойствам. Поэтому на данный момент ученые заинтересованы в увеличении объёмов производимой продукции за счёт использования технологий вторичной переработки сырья. Это позволит в значительной степени сократить общие расходы на производстве, связанные с использованием больших объёмов исходных веществ.

Ведь на данный момент химические вещества, необходимые для реакции стоят немалых денег. За счёт этого стоимость полученного самоочищающегося покрытия увеличивается. Но с другой стороны, спрос на его производство возрос в несколько раз. Так все затраты на производство товаров из специального покрытия, отталкивающего грязь окупятся сполна после расширения производства.

материалы по теме

Нанопокрытие для космических кораблей было разработано томскими учеными

Нанопокрытие для космических кораблей было разработано томскими учеными

Иллюминаторы космических кораблей теперь будут защищены многослойными наноструктурными металлокерамическими покрытиями, которые были разработаны томскими учеными.

Исследования в области нанопокрытий финансируются Канадой

Исследования в области нанопокрытий финансируются Канадой

184 тысячи долларов получили научные сотрудники Университета Саскачевана для разработки и тестирования наноструктурированных покрытий, благодаря которым возможно заставить служить дольше труднодоступные промышленные и медицинские детали.