VMN-2008-10 (Дубликат статьи по Колчину, но - pdf), страница 10

Бартлоттсумел создать ложку для меда с самодельным микрошероховатым силиконовым покрытием, которое позволяло жидкости стекать с данного прибора, не оставляя следов. Эта ложка в итоге убедиланекоторые крупные химические компании в перспективности идеи Бартлотта, и вскоре они нашли больше возможностей использовать его открытие. Lotus Effect стал в Германии бытовой маркой.

В октябре 2007 г. журнал Wirtschaftswoche назвал его в числе 50 наиболее значительных немецких изобретений последних лет.В помощь рестораторамПроизнесите «самоочищающиеся…», и многиетут же продолжат: «…ткани». Согласитесь, нам нечасто приходит в голову мысль помыть внешниестены своих домов, но стирка — дело повседневное. После пробного старта самоочищающиесяткани стали появляться повсюду. Началось всес NanoCare.NanoCare — это вид отделки тканей, разработанный изобретателем и предпринимателем Дэвидом Соуном и производимый сегодня его компанией NanoTex.

Вспомните пушок на персике.Подставьте персик под кран, и вы увидите эффект NanoCare воочию. «Пушок», создаваемыйпокрытием NanoCare, состоит из миниатюрныхволосков, прикрепленных к волокнам хлопка.Они настолько малы — меньше одной тысячнойразмера бугорков на листьях лотоса, — что хлопковые волокна выглядят по сравнению с нимибольшими колоннами.Соперник компании NanoTex — швейцарскаякомпания Schoeller Textil AG, которая дала своейтехнологии название NanoSphere. Она основанана прикреплении к волокнам ткани наночастицдиоксида кремния или полимера, которые придают им бугорчатость, как у листьев лотоса.Поскольку в порядке рекламы нанотехнологических продуктов выдается множество непроверенных утверждений, органы стандартизацииначали проводить строгие испытания самоочищающихся тканей на основе этих новых технологий.

В октябре 2005 г. Научноисследовательский институт Гогенштейна в Германии, предлагающий тестирование и сертификацию для торговли и промышленности во всем мире, заявил,что NanoSphere стала первой маркой самоочищающихся тканей, успешно прошедшей весьцикл испытаний, включая испытания на водоотталкивающую способность, способность сохранять свои свойства после обычных стирок и износостойкость. В ходе опытов образцы тканиNanoSphere показали впечатляющую способность очищаться от пятен жирных томатных соусов, кофе и красного вина — одних из самыхтрудноудаляемых веществ.Легко отстирываемые ткани получают все более широкое распространение, но ожидается,что крупнейшая доля их продаж придется на покупателей маркиз, занавесей и парусов: вряд линайдутся большие любители их стирать.собным заменителем ископаемых видов топлива,к тому же не содержащим углерода.

Фудзисимаи другие ученые настойчиво проводили этуидею, но в итоге поняли, что коммерческий выход — дело очень далекого будущего.Исследования показали, что тонкий (толщиной от нанометров до микрометров) слой TiO2работает эффективнее, чем более крупные частицы. И в 1990 г., после того как Фудзисима объединил усилия с Кадзухито Хасимото из Токийского университета и Тосия Ватанабе из компании ТОТО, производящей сантехническое оборудование, выяснилось, что пленки TiO2 наномасштабной толщины, активированные УФизлучением, обладают фотокаталитическим эффектом,разлагая органические соединения на углекислый газ и воду.В середине 1990х гг. эти три японских ученых сделали еще одно важное открытие, когдаизготовили из водной взвеси частиц TiO2 тонкуюпленку и отожгли ее при 500° С: оказалось, чтополученное прозрачное покрытие после УФоблучения приобретает исключительное свойствополной — с нулевым краевым углом — смачиваемости и маслом, и водой. УФизлучение удалилос поверхности пленки часть атомов кислорода,образовав на поверхности мозаику наномасштабных доменов с адсорбированными гидроксилами, обеспечивающими сверхгидрофильность.

Участки вне этих доменов обусловливалибольшое сродство с маслом. Названный эффектсохранялся в течение нескольких суток послеоблучения, но в темноте TiO2 постепенно возвращался в исходное состояние.Несмотря на то что данный эффект прямопротивоположен отталкиванию воды листьямилотоса, он также оказался полезным для самоочищения: вода растекается повсюду, образуяслой, который уносит с собой грязь.

При этомповерхность не запотевает, поскольку конденсирующаяся на ней жидкость не образует множества мелких капелек, затуманивающих поверхность, а растекается. Фотокаталитическое действие TiO2 способствует также дезодорированиюи дезинфекции покрытий, разлагает органические соединения и убивает бактерии.Отрасль нанесения покрытий из TiO2 бурноразвивается, выпускается целый ряд фотокаталитически самоочищающихся изделий: керамические плитки, оконные стекла и многое другое.В Великобритании активное стекло быстро становится главным материалом для остеклениятеплиц и для зеркал заднего вида у транспортных средств.

К сожалению, обычное оконноестекло не пропускает УФизлучение, которое активирует TiO2, и поэтому внутри помещений нанослои TiO2 менее полезны, чем снаружи. Выходсостоит в «легировании» TiO2 другими веществами, как легируют кремний и другие полупроводники в электронной промышленности. Ожидается, что дезодорирующие и антибактериальныесвойства легированного TiO2 найдут широкоеприменение на кухнях и в ванных комнатах. Этовещество применяется также в производстве самоочищающихся тканей, придавая им дополнительное свойство устранять запахи.Сближение противоположностейСверхсмачиваемостьИсследование «эффекта лотоса» — это попыткапонять природу способности к самоочищениюодного типа поверхности: воскообразной с микроскопическими и даже наномасштабнымиструктурами.

Сегодня исследования развилисьв совершенно новую область науки — наукуо смачиваемости, самоочищении и самообеззараживании. Ученые поняли, что сверхгидрофобности можно достичь разными путями, а такжечто интерес может представлять и противоположное свойство — сверхгидрофильность. Главный герой в области сверхгидрофильности —диоксид титана (TiO2).Его восхождение началось больше 40 лет назад, и было обусловлено свойством, не имеющимникакого отношения к смачиваемости.

В 1967 г.аспирант Токийского университета Акира Фудзисима обнаружил, что под действием ультрафиолетового (УФ) излучения TiO2 может разлагатьводу на водород и кислород. Это разложение,или фотолиз, было давней мечтой ученых: еслибы удалось добиться высокой его эффективности, это сделало бы производство водорода настолько дешевым, что он стал бы конкурентоспоМатериалы, созданные с использованием«эффекта лотоса», и тонкие пленки TiO2 представляются полными противоположностями,редко встречающимися в обычной жизни, где,по словам английского поэта Филипа Ларкина,«ничто не делается опять новым и не отмывается до полной чистоты».

Долгое время методыи материалы были различными, и исследования эффекта сверхгидрофобности и каталитической сверхгидрофильности шли полностьюраздельно. Однако в последнее время наметилось сближение, и ученые работают над сочетанием этих двух эффектов и получением обоихс помощью сходных материалов. Они рассматривают даже возможность «переключения» одной и той же структуры между сверхгидрофобным и сверхгидрофильным состояниями. Первый намек на сближение пришел в 2000 г. отпионеров TiO2 Фудзисимы, Ватанабе и Хасимото. Они хотели использовать это вещество дляпродления действия «эффекта лотоса». Исследователи обнаружили, что добавление оченьмалого количества TiO2 может значительнопродлить действие «эффекта лотоса», не вызывая существенного изменения большого краеЧИТАЙТЕ В ЖУРНАЛЕSCIENTIFIC AMERICANвого угла, который необходим для эффективного отталкивания воды.В 2003 г.

в лаборатории Рабнера и Коэна былопоказано, что от небольшого изменения структуры может зависеть то, какой получится поверхность — гидрофобной или гидрофильной. Былразработан метод послойного изготовления тонких пленок соединений из класса полиэлектролитов. Обычные электролиты — это вещества,которые в водном растворе разлагаются на положительно и отрицательно заряженные ионы.Примерами могут служить соль или серная кислота. А полиэлектролиты — это органические полимеры, пластичные вещества, способные, в отличие от большинства полимеров, иметь положительный или отрицательный электрический заряд.Рабнер и Коэн создавали «стопку» из чередующихся слоев положительно заряженного поли(аллиламингидрохлорида) и отрицательно заряженных частиц кварца.

В экспериментах Рабнера и Коэна слои кварца создавали огромныйлабиринт нанопор, образуя губку, которая мгновенно впитывала поверхностную воду — этотэффект называется нановпитыванием. Созданные ими многослойные кварцевополимерныеструктуры не запотевают даже над кипящей водой. Когда поры заполняются, вода начинает стекать с края. Когда же влажность уменьшается,жидкость из нанопор постепенно испаряется.Такие многослойные структуры очень хорошоподходят для нанесения на стекло, посколькуSiO2 — его основной компонент. Сверхгидрофильное покрытие не только прозрачно и не запотевает, но и является просветляющим (антиотражательным).

Группа Рабнера работает с партнерамииз промышленности над коммерциализациейэтого открытия, которое может быть использовано для создания незапотевающих зеркал для ванных комнат и ветровых стекол автомобилей, которым не понадобится обдув вентилятором в дождливую погоду. В отличие от TiO2, покрытия Рабнера работают в темноте не хуже, чем на свету.Хитроумные жучкиЗа миллионы лет до того как ученые соединили вместе для технических приложений «эффектлотоса» и сверхсмачиваемость, маленькие жучкииз пустыни Намиб на юге Африки использовалиэти два эффекта с иной целью — собирания воды для поддержания своей жизни.Климат в пустыни Намиб исключительно суров.