Aalto-yliopiston professorin Robin Rasin johtaman tutkimuksen tulokset julkaistiin arvostetussa Nature Chemistry -lehdessä 23. lokakuuta 2023.

Myös harva peite oli yllättävän liukas

Nesteen kaltainen, vain yhden molekyylin paksuinen kerrostuma rakennettiin piipinnalle.

Tutkijat onnistuivat myös säätelemään sitä, kuinka tiiviisti tai harvaan kerroksen molekyylit pintaa peittävät. Säätäminen toi esiin yllättävän mekanismin.

”Tulokset osoittivat, että pinnan liukkaus lisääntyi kerroksen ollessa sekä erityisen harva että erityisen tiivis”, kertoo väitöstutkija Sakari Lepikko Aalto-yliopistosta.

”Oli odotusten vastaista, että myös harva peite tuottaa poikkeuksellisen liukkauden.”

Piipinta vetää vettä puoleensa voimakkaasti. Kun pinnoite sen päällä on harva, vesi leviää ohueksi kalvoksi.

Tämän on aiemmin ajateltu lisäävän kitkaa eli vähentävän materiaalin liukkautta.

”Nyt kuitenkin totesimme, että harvan molekyylikerrostuman päälle tiputettu vesi pääsee kulkemaan vapaasti molekyylien välissä ja yllättäen luistaakin helposti pois pinnalta”, Robin Ras kuvailee tiedotteessa.

Sovelluksia jäätymisen estosta putkistojen lämmönsiirtoon

Toisaalta myös silloin, kun molekyyleja on paljon eli kerros on tiivis, vesi ei pääse ankkuroitumaan molekyylien ja piin väleihin, ja luistaa yhtä lailla helposti pois.

Näiden kahden – harvan ja tiiviin – ääripään välissä vesi sen sijaan tarraa kiinni materiaaliin.

Tutkijat kasvattivat tiiviin molekyylikerroksen myös fakiirin piikkimattoa muistuttavalle erikoisrakenteiselle pinnalle, jollaisen on tiedetty mahdollistavan poikkeuksellisen liukkauden.

Näin he saivat aikaan pinnoitteen, joka on vedelle kaikkein liukkain. Löydöstä voi tutkijoiden mukaan olla iloa kaikkialla, missä pisaroita hylkiviä pintoja tarvitaan.

”Mahdollisia sovelluskohteita löytyy monelta suunnalta, esimerkiksi jäätymisen estosta, putkistojen lämmönsiirrosta tai itsepuhdistuvista pinnoista”, Lepikko sanoo.

Seuraavaksi tutkijat pyrkivät tekemään materiaalista nykyistä kestävämmän. Tällaisenaan molekyylikerrostuma on hyvin ohut ja hajoaa helposti.

Nesteen kaltaiset pinnat kehityksen kärjessä

Kiinteiden pintojen ja nesteen rajapinta on avainasemassa niin ruoanlaiton kaltaisissa arkiaskareissa kuin optiikassa ja muissa teknologioissa

Mitä paremmin ymmärretään se, kuinka pisarat tarttuvat pintoihin tai liukuvat niiltä pois, sitä parempia kotitalous- ja teollisuuslaitteita kyetään suunnittelemaan.

Kehityksen kärjessä pisaroita hylkivien materiaalien tutkimuksessa ovat niin kutsutut nesteen kaltaiset pinnat. Niissä materiaalin pintaa peittää siihen tarttunut, nesteen tavoin käyttäytyvä molekyylikerros.

Materiaalien sovellukset ovat vielä alkutekijöissään, mutta teknologialla katsotaan olevan monenlaisia etuja verrattuna perinteisiin vesitiiviisiin materiaaleihin.

Robin Rasin artikkeli omnifobisista, nesteen kaltaisista pinnoista (LLS) ja niiden lupaavista ominaisuuksista julkaistiin viime vuonna Nature Reviews Chemistry -lehdessä.

(Kuva Ekaterina Osmekhina/Aalto-yliopisto) Historiallisen liukkaalla pinnalla eivät pisarat pitkään viihdy.

Lue myös:

Aalto-yliopiston superpinnoite voi tuoda suksiin uutta luistoa

Erikoispinnoite saa hunajan juoksemaan vettä nopeammin

Hajoamaton panssaripinnoite karkottaa veden ja lian