Российские ученые разработали супергидрофобное покрытие для силиконовых резин, которые используются в качестве изоляторов для линий электропередач. Покрытие успешно испытали в условиях московской зимы. Исследование научного коллектива из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина (ИФХЭ) РАН опубликовано в ACS Applied Materials & Interfaces.
Силиконовые резины представляют собой композитный материал на основе силикона и включений наночастиц оксида кремния. Силикон сам по себе гидрофобен, однако это его свойство можно усилить, создав микрорельеф и нанеся дополнительное водоотталкивающее вещество, что и сделали исследователи из ИФХЭ РАН.
Необработанный и супергидрофобный образцы специалисты изучили с точки зрения их водоотталкивающих и антиобледенительных свойств в двух сериях экспериментов: лабораторных и «полевых». В первом случае исследователи наблюдали, как капли воды ведут себя на исследуемых поверхностях. Они отслеживали значения краевых углов (углов между твердой поверхностью и касательной к поверхности раздела жидкость-газ, вершина которых находится в точке контакта трех фаз), наклон поверхности, при котором капли начинали скатываться, и ряд других физико-химических показателей. Особое внимание физиков привлекло то, что исследуемые материалы смогли замедлять замерзание воды при низкой температуре — для этого авторы измеряли, с какой скоростью замерзали капли, помещенные на ту или иную поверхность.
Оказалось, что при помощи супергидрофобного покрытия удалось увеличить краевой угол воды на поверхности до 170°. При этом капли воды скатывались уже при наклоне в три градуса. Такое супергидрофобное состояние было устойчивым во времени: краевой угол лишь незначительно уменьшался при выдержке капли в контакте с поверхностью в течение суток. Также оказалось, что на исследуемых подложках капли воды не замерзали сразу же при охлаждении ниже нуля. Так, на модифицированной поверхности до четверти всех капель оставались жидкими до 20 часов при температуре –18°C и до 140 часов (почти шесть суток) — при –10°C.
.jpg)
В серии «полевых» экспериментов авторы сравнивали исходный образец силиконовой резины с супергидрофобным. Пластинки из этих материалов помещали на улицу под наклоном в 20° и при помощи скоростной камеры круглосуточно записывали, что происходило со снегом и каплями дождя при попадании на образцы. Практически при любой погоде супергидрофобный образец оставался сухим, за исключением периодов, когда ветер был очень слабым, чтобы сдуть снег. Эксперименты проходили в период с октября по апрель, поэтому образцы испытали на себе почти все известные вариации московской зимней погоды.
Авторы обращают внимание на то, что такое супергидрофобное покрытие не только придает образцам водоотталкивающие свойства, но и дополнительно усиливает поверхность механически. Благодаря этому микрорельеф, образованный включением наночастиц, мало разрушался под действием внешних факторов, тогда как из необработанной силиконовой резины наночастицы вымывались из-за малой механической прочности поверхности композита. Ученые предполагают, что предложенный ими метод будет применяться при создании изоляторов и защитных покрытий для линий электропередач и приборов, предназначенных для работы на улице, в том числе в зимнее время.
Источник: indicator.ru
