15/12/2018
Порой мы считаем, что все знаем и понимаем.
Все мы слышали ГИДРОФОБНОЕ покрытие, не так на слуху ГИДРОФИЛЬНОЕ покрытие. Давайте разберемся в чем разница и что нам полезнее как потребителям составов.
Просвещайтесь други...
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОР. МОСКВЫ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Наноразмерные гидрофобные и гидрофильные покрытия.
1. Цели реализации образовательного проекта:
• дать представление о лиофильности и лиофобности материалов;
• познакомить учащихся с эффектом гидрофобности в живой природе;
• использование эффекта гидрофобности в различных областях техник.
2. Задачи проекта:
• показать возможности применения гидрофобных покрытии в быту..
Введение
Всем известно, что, если поместить каплю жидкости на плоскую поверхность, она либо растечётся по ней, либо примет округлую форму. Причём размер и выпуклость (величина так называемого краевого угла) лежащей капли определяется тем, насколько хорошо она смачивает данную поверхность. Явление смачивания можно объяснить следующим образом. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела, жидкость стремится собраться в капельку.
Рис. 1 Острый краевой угол возникает на смачиваемой (лиофильной) поверхности, тупой — на несмачиваемой (лиофобной).
Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или на «жирной» поверхности. Если же, наоборот, молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела, жидкость «прижимается» к поверхности, расплывается по ней. Это происходит с каплей ртути на цинковой пластине или с каплей воды на чистом стекле. В первом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность (краевой угол больше 90°), а во втором — смачивает её (краевой угол меньше 90°). Иначе говорят, что в первом случае поверхность по отношению к данной жидкости лиофобна (от греч. лио — растворяю, фобио — бояться), а во втором — лиофильна (филио — любить).
Гидрофильность и гидрофобность – понятия, характеризующие способность веществ или образованных ими тел смачиваться или не смачиваться водой. Эта способность вызвана силами межмолекулярного взаимодействия.
В случае гидрофильных веществ сила притяжения молекул воды друг к другу меньше силы притяжения к молекулам вещества. Поэтому, капля воды растекается по гидрофильной поверхности. В случае гидрофобных веществ сила притяжения молекул воды друг к другу больше силы притяжения к молекулам вещества. Поэтому, капля воды принимает форму шара на гидрофобной поверхности
Слова «гидрофильный» и «гидрофобный» могут относиться в равной степени к веществу, к поверхности тела и к тонкому (толщиной в одну молекулу) слою на границе раздела фаз (тел). Чтобы придать поверхности гидрофильные или гидрофобные свойства, достаточно покрыть всю поверхность слоем соответствующего вещества толщиной в несколько атомов, то есть всего в 1 нанометр (10-9 метра).
Рис. 2. Крылья бабочек не намокают — их поверхность отталкивает воду.
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 остевые волосы зверей и верхняя часть контурных перьев птиц хорошо смачиваются водой. В результате между телом животного и водой создаётся воздушная прослойка, играющая значительную роль в терморегуляции и теплоизоляции.
Но смазка это ещё не всё. Немалую роль в явлении смачивания 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.
Рис. 3. Лепестки лотоса всегда остаются сухими и чистыми.
На этом основан так называемый «эффект лотоса». Лотос издревле почитается на Востоке как символ чистоты — его лепестки всегда остаются сухими и чистыми. Загадка лотоса объяснилась сравнительно недавно. 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 в 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.
Рис. 6. Нанопокрытия препятствуют запотеванию и загрязнению стёкол очков.
Современные технологии позволяют наносить покрытия с различными свойствами, не изменяя при этом прежний вид поверхности. Это возможно потому, что покрытия толщиной в несколько нанометров (нанопленки) не заметны для глаз человека. Можно провести аналогию с краской, разбавляемой водой. Если краску разбавлять водой, то краска постепенно обесцвечивается, и в какой-то момент раствор с краской перестанет отличаться от воды, которой разбавляли краску. Прозрачность нанопокрытий даёт возможность улучшать свойства стекла. Появились энергосберегающие,
самоочищающиеся, гидрофобные стекла, просветлённая оптика (линзы очков, телескопов), обладающая большей прочностью и стойкостью к внешним воздействиям.
Сверхгидрофобные покрытия могут оказаться принципиально 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.
Простым языком пресловутый вауу эффект капелек-это гидрофоб
Если вода стекает шторкой и стекло остается сухим -это гидрофил
Нам полезнее ГИДРОФИЛ!!!!
