Химики из Нанкинского Научно-Технологического Университета разработали новый способ синтеза супергидрофобной меди на основе древесины азиатского «красного дерева». Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.
Авторы работы использовали структуру древесины диптерокарпа в качестве шаблона для будущего материала. Ученые помещали образец древесины в печь без доступа кислорода, после чего нагревали до 600°C. При этом происходило обугливание материала — органические вещества превращались в углерод. На следующем этапе химики пропитывали «биоуглерод» раствором нитрата меди и снова отжигали в печи. При высоких температурах соль меди разлагалась до оксида, который затем реагировал с углем. Последняя реакция приводила к образованию металлической меди и покраснению угля.
При всех процессах отжига сохранялась пористая структура древесины. Благодаря этому, у образовавшегося угольно-медного материала была очень сложная и развитая поверхность. Авторы использовали это для создания супергидрофобного материала, эффективно отталкивающего от себя капли воды. Поскольку сама по себе медь гидрофильна, ее необходимо покрыть дополнительным гидрофобным слоем. В его роли материала для него авторы выбрали фторированные производные кремния.
Ученые сравнили поведение капель воды на исходном «угле», оставшемся на древесине, меди сразу после отжига и на обработанной медной поверхности. Главным параметром в сравнении служил так называемый контактный угол — угол между касательной к поверхности капли в точке соприкосновения с поверхностью и самой поверхностью. Для смачиваемых частично гидрофильных материалов он лежит в промежутке от 0 до 90 градусов. У угля значение того же параметра составило 114 градусов. Медь без дополнительной обработки ожидаемо оказалась смачиваемой — контактный угол оказался примерно равен нулю. В случае же обработанной меди смачивания практически не происходило — угол достиг 160 градусов.
Авторы работы использовали и другие биологические объекты для создания супергидрофобных поверхностей в ранних работах. В частности, химики применяли для этой цели листья лотоса, риса и бамбука.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение