Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии (Университет химии и технологии, Прага) предложили новую концепцию управления жидкостями на поверхности материалов. Ученым удалось добиться, чтобы один и тот же материал очень быстро (в пределах семи секунд) мог становиться супергидрофобным, а затем гидрофильным. Скорость такого ответа на внешнее воздействие — это одно из  ключевых преимуществ метода по сравнению с аналогами. Одновременно ученым впервые удалось управлять и прилипанием капель к поверхности. Обнаруженные эффекты могут использоваться для управления жидкостями в микрофлюидных устройствах. Кстати, полученные материалы могут самоочищаться. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале ACS Applied Materials & Interfaces (IF 8,097; Q1).

 

«Одной из ключевых задач современной химической технологии сегодня является создание так называемых умных материалов. Умные они потому, что могут отвечать на внешние раздражители и изменять свои свойства. И важнейшее направление здесь — управление смачиваемостью материалов. У таких материалов широчайшая область применения — например, в микрофлюидных устройствах для химических, биомедицинских анализов, экологического мониторинга. Конечно, такие методы существуют, но их главный недостаток — скорость.

Материал отвечает на импульс — скажем, свет — в течение нескольких минут. Нам же впервые удалось добиться практически моментального ответа, соединив физические и химические методы»,

— рассказывает один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

Авторы статьи работали с двумя распространенными полимерными материалами: PVDF и PMMA. PMMA — это обычное оргстекло, а PVDF — материал со свойствами, схожими с тефлоном. Композит на их основе был выбран, так как обладает пьезоэлектрическими свойствами — способен растягиваться или сжиматься под действием тока. Исследователи решили работать не с поверхностью полимеров, а модифицировать их на уровне волокон.

«Наши коллеги в Праге растворяют полимеры и формируют из получившихся волокон нетканые материалы. Дальше волокна помещаются в водный раствор с солями диазония и нагреваются. При этом образовываются активные радикалы, которые атакуют поверхность волокон и формируют на них нужные нам химические соединения — например, 4-перфторалкилфенильные группы. Эти соединения вкупе с физическими особенностями материалов и позволяют управлять смачиваемостью. И здесь важно,  что мы работаем со смачиваемостью не на уровне поверхности, а на уровне каждого волокна», — поясняет Павел Постников.

К получившимся материалам ученые подводят электроды. Как только подается ток, материал тут же меняет свои свойства. Так, в супергидрофобном состоянии достаточно наклонить пластинку материала на три градуса, как капля с нее скатывается. Степень гидрофобности зависит от напряженности электрического поля. Причем такие эффекты ученые наблюдали не только с водой, но и с липофильными растворителями. По словам авторов, это говорит о том, что этот метод подходит для широкого спектра жидкостей.

«И еще одно очень важное свойство — поверхность материала является самоочищающейся.

Если мы ее загрязнили какими-то веществом, потом капаем буквально несколько капель растворителя или воды, частицы грязи переходят в воду и скатываются, абсолютно не прилипая к поверхности, и она становится совершенно чистой», — говорит ученый.

Также ученым впервые удалось управлять адгезией капель, то есть способностью капель сцепляется с твердой поверхностью.

«Под действием электрического поля капля сильно прижимается к поверхности. Можно даже перевернуть пластинку, а капля все равно останется на ней. Это говорит о том, что, управляя смачиваемостью и адгезией, то есть изменяя напряженность поля, включая и выключая ток, меняя наклон материала, мы можем управлять каплей, заставлять ее двигаться в нужном направлении. Как уже говорилось, это актуально для микрофлюидных технологий, а также, например, для создания биосенсоров», — говорит Павел Постников.

Эта работа была поддержана Российским научным фондом.

«Это исследование носит, в первую очередь, фундаментальное значение. Однако сегодня технологии идут по пути миниатюризации, и способы работы с минимальными объемами веществ становятся как никогда актуальными», — добавляет ученый.  

Источники

В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Tomsk.4geo.ru, 09/10/2018
В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Ronin (ronin.ru), 09/10/2018
В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Novostival.ru, 08/10/2018
В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Новости@Rambler.ru, 08/10/2018
В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Чердак (chrdk.ru), 08/10/2018
В Томске сделали "умный" материал с настраиваемой смачиваемостью
Новости@Rambler.ru, 08/10/2018
Ученые научились быстро управлять смачиваемостью материала и заставили его самоочищаться
Томский политехнический университет, 09/10/2018
Ученые разработали материал с регулируемой смачиваемостью
ИА Regnum, 09/10/2018
Потому что "умные"
Красное знамя (krasnoeznamya.tomsk.ru), 16/10/2018
Новый композит заставили притягивать и отталкивать воду в кратчайшие сроки
Индикатор (indicator.ru), 16/10/2018
Новый композит заставили притягивать и отталкивать воду в кратчайшие сроки
Nanonewsnet.ru, 16/10/2018
Исследователи ТПУ вместе с коллегами из Чехии научились быстро управлять смачиваемостью материалов
1k.com.ua, 21/10/2018
Исследователи ТПУ вместе с коллегами из Чехии научились быстро управлять смачиваемостью материалов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 21/10/2018
Исследователи ТПУ вместе с коллегами из Чехии научились быстро управлять смачиваемостью материалов
Nanonewsnet.ru, 23/10/2018
То мокнет, то сохнет
Поиск, 26/10/2018

Похожие новости

  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    649
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1442
  • 17/07/2017

    Ученые ТПУ снабдили химические сенсоры «ловушками» для токсичных веществ

    ​Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета химии и технологии (Чехия, Прага) создали новые химические сенсоры для спектрометров комбинационного рассеивания — приборов, позволяющих с высокой точностью определить количественный и качественный состав вещества и его структуру.
    728
  • 16/01/2019

    Химики ТПУ создали нанокатализатор для получения новых материалов

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) под руководством бельгийского профессора создали нанокаркасный катализатор на основе циркония, который в разы ускоряет химические процессы, и может использоваться для получения новых материалов.
    868
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1266
  • 28/05/2016

    Томские политехники вместе с учеными из Чехии и Беларуси разрабатывают уникальные нанопокрытия для космоса и атомной энергетики

    Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии и Беларуси разрабатывают тончайшие нанокомпозитные покрытия на основе нитридов алюминия и кремния для работы в экстремальных условиях.
    952
  • 11/11/2016

    Исполнительный директор СИБУРа обсудит со студентами ТПУ тренды мировой нефтехимии

    ​10 ноября, исполнительный директор - член правления компании СИБУР Сергей Комышан встретится со студентами Томского политехнического университета. На презентации речь пойдет о карьерных возможностях химиков, а также о последних тенденциях нефтехимической отрасли.
    783
  • 22/05/2017

    Ученые ТПУ предложили использовать золото для переработки отходов производства биотоплив

    ​Ученые Томского политехнического университета и их зарубежные коллеги разрабатывают золотые катализаторы для переработки одного из главных побочных продуктов производства биотоплив - глицерина. Благодаря катализаторам на основе наночастиц золота, разрабатываемым в ТПУ, из глицерина можно получать ценные химические продукты, востребованные в медицине, сельском хозяйстве, косметической индустрии и многих других областях.
    786
  • 28/03/2019

    Китайские и российские ученые изобрели уникальный маскировочный материал

    Уникальный маскировочный материал на основе оксида железа получили из обычных водопроводных труб ученые Томского политехнического университета. Разработчики уверены, что в будущем это покрытие очень пригодится военным — с его помощью можно сделать невидимой для радаров любую технику.
    175
  • 11/04/2019

    Ученые ТПУ изучают, чем загрязнена река в промышленном районе Индии

    ​Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) привезли пробы воды из Дамодара – одной из самых грязных рек Индии; изучив состав и миграцию вредных веществ, политехники вместе с коллегами из России, Китая и Индии намерены предложить меры по очистке и предотвращению дальнейшего загрязнения реки, сообщила пресс-служба вуза.
    127