Гидрофобные и гирдрофильные наноструктурные покрытия

3. Введение
Если капнуть жидкость на плоскую поверхность, она
либо растечётся, либо примет округлую форму.
Величина выпуклости капли зависит от того,
насколько хорошо жидкость смачивает поверхность.
Явление смачивания поверхности объясняется
разностью взаимодействия между молекулами
внутри самой жидкости и между молекулами
жидкости и твердого тела.
Смачивание определяется краевым углом, если он
меньше 90°, то жидкость смачивает, если краевой
угол больше 90°, то не смачивает поверхность. В
первом случае поверхность по отношению к воде
гидрофильна (“филио” — любить), а во втором -
гидрофобна (“фобио” – бояться).
Острый краевой угол возникает
на смачиваемой, а тупой – на
не смачиваемой поверхности.

4. Чтобы придать поверхности гидрофильные или гидрофобные
свойства, достаточно покрыть всю поверхность слоем
соответствующего вещества толщиной несколько нанометров (1
нанометр- 1*10-9 метра), который состоит из десятков или сотен
атомов или молекул.
Легко проверить, что, если намазать поверхность стекла маслом,
её водоотталкивающие свойства возрастут, а если вместо масла
взять мыло — наоборот, уменьшатся. Именно
водоотталкивающая смазка помогает многим животным
спасаться от излишнего намокания. Например, исследования
морских животных и птиц — котиков, тюленей, пингвинов, гагар —
показали, что их пуховые волосы и перья обладают
гидрофобными свойствами, тогда как верхняя часть контурных
перьев птиц хорошо смачиваются водой. В результате между
телом животного и водой создаётся воздушная прослойка,
играющая значительную роль в терморегуляции и
Крылья бабочек
не намокают —
их поверхность
отталкивает воду.
Лепестки лотоса теплоизоляции.
всегда остаются
сухими и чистыми

5. Но смазка это ещё не всё. Немалую роль в смачивании играет и
структура поверхности. Шероховатый, бугристый или пористый рельеф
может улучшить смачивание. Вспомним, к примеру, губки и махровые
полотенца, прекрасно впитывающие воду. Но если поверхность
изначально „боится“ воды, то развитый рельеф лишь усугубит
ситуацию: капельки воды будут собираться на выступах и скатываться.
На этом основан так называемый “эффект лотоса”. Его лепестки всегда
остаются сухими и чистыми. Оказалось, что дело не только в
воскоподобном (гидрофобном) покрытии его лепестков, но и в особой
микроструктуре их поверхности. Рельеф лепестка лотоса образован
набором холмов и впадин микронного размера, покрытых отдельными
“крупинками” гидрофобного вещества диаметром несколько
нанометров. Попав на такую поверхность, капля принимает форму,
близкую к сферической, и легко скатывается с неё, унося с собой
частицы загрязнений. Похожим образом устроены крылья бабочек и
многих других насекомых, для которых защита от избыточной воды
жизненно необходима: намокнув, они потеряли бы способность летать.

6. Современные технологии позволяют наносить покрытия с
различными свойствами, не изменяя при этом прежний вид
поверхности. Это возможно потому, что покрытия толщиной
несколько нанометров (нанопленки) полностью прозрачны
для глаз человека. Это позволяет улучшать свойства стекла
без ухудшения его прозрачности. В настоящее время,
появились самоочищающиеся, гидрофобные стекла,
обладающие высокой прочностью и стойкостью к внешним
воздействиям.
Гидрофобные покрытия могут оказаться важными при
изготовлении наноустройств биологического и медицинского
назначения, при конструировании топливных и смазочных
форсунок или трубопроводов, в наноразмерных двигателях и
устройствах, а также для защиты поверхностей столь
модных сейчас ДНК-чипов, биосенсоров и микродатчиков
контроля состояния окружающей среды.
Нанопокрытия
препятствуют
запотеванию и
загрязнению
стёкол очков.

7. Цель работы: продемонстрировать особенность гидрофобного покрытия, толщиной несколько
нанометров, нанесенного на поверхности стекла.
Оборудование и материалы:
1. Установка «Капля»
2. Стекло, наполовину покрытое наноразмерным гидрофобным веществом

8. Порядок выполнения работы.
1. Обратить внимание на то, что на образце стекла нет никаких видимых признаков
различия между сторонами А и Б.(ЭНШ)
2. Ручкой «Переместить столик» переместить предметный столик в положение А
3. Нажатием на кнопку «Капнуть каплю» капнуть одну каплю
4. Ручкой «Переместить столик» переместить предметный столик в положение Б
5. Нажатием на кнопку «Капнуть каплю» капнуть одну каплю
6. Сравнить форму капель и сделать выводы об отличии стороны А от стороны Б
7. Ручкой «Переместить столик» переместить предметный столик в положение С
8. Нажатием на кнопку «Капнуть каплю» капать воду до тех пор, пока капля с
гидрофобной поверхности не «перебежит» на гидрофильную поверхность
9. Сделать выводы о поведении воды на разных поверхностях.
Вывод: незаметные для глаз наноразмерные покрытия могут значительно изменять
свойства поверхностей.