Medžiagotyra. Savaiminio valymo medžiagos (0)
Stulbinamas lotoso gebėjimas atstumti nešvarumus paskatino sukurti keletą naujų antibakterinių ir savaiminio valymo technologijų. Mokslininkai pagamino dirbtinių savaiminio valymo medžiagų. Vienų veikimas pagrįstas itin mažu šlampumu, kitų – superhidrofiliškumu ir katalizinėmis cheminėmis reakcijomis. Ateities gaminiuose šios dvi savybės bus suderintos arba jie bus iš medžiagų, kurios gebės keisti vieną būseną į kitą, kad būtų galima kontroliuoti skysčių tekėjimą per mikrokonstrukcijas.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Vilhelmas Bartlotas (Wilhelm Barthlott) iš Bonos universiteto Vokietijoje, lotoso efekto atradėjas ir vystytojas, turi savaime išsivalančio Manheteno viziją: nestiprus lietus nuplauna sienas ir langus taip pat švariai, kaip tyrąjį lotosą. Jis įsivaizduoja ir palapines iš naujų audinių, kurių nereikėtų valyti. Be to, ne vien jo žvilgsnis nukreiptas į ateitį, kupiną daiktų, kuriuos, jei ir reikia plauti, tai labai retai: Japonijos mokslininkai kuria ligoninėms vonių paviršius, kurie savaime dezinfekuojasi ir šalina blogą kvapą. Maiklas Rabneris (Michael Rubner) ir Robertas Kohenas (Robert Cohen) iš Masačusetso technologijos instituto irgi numato atsirasiant technologijas, kurios neleis veidrodžiams vonios kambariuose aprasoti ir leis sukurti mikrolaboratorijas, telpančias viename luste (jose skysčiai juda mikroskopiniais takeliais). Jau yra pagaminta marškinių, palaidinių, sijonų ir kelnių, kurių netepa pomidorų padažas, garstyčios, raudonasis vynas ir kava. Taigi ši dar sunkiai pastebima revoliucija jau vyksta.
Savaiminio valymo medžiagų istorija prasideda gamtoje, nuo šventojo lotoso (Nelumbo nucifera), akinamai balto daugiamečio vandens augalo, kuriam Mianmaro, Kinijos bei Japonijos kultūroje ir religijoje teko didžiulis vaidmuo. Lotosai garbinami dėl savo išskirtinio tyrumo. Jie auga drumzliname vandenyje, bet jų lapai laikosi gerokai virš vandens paviršiaus ir, atrodo, niekada nebūna purvini. Užkritus vandens lašams jie nežemiškai sužaižaruoja, ir lietus nuplauna purvą daug lengviau negu nuo bet kurio kito augalo.
Bartloto dėmesį patraukė kaip tik ši ypatybė. XX a. 8 dešimtmečio pabaigoje jį sužavėjo rastrinio elektroninio mikroskopo galimybės. Šis prietaisas tapo visiems prieinamas 1965 m. ir suteikė galimybę aiškiai matyti nanometrinio dydžio objektus. Kai vaizdas didinamas taip stipriai, jį sutrikdyti gali net mažytės purvo dėmelės, tad mėginius tenka valyti. Bet Bartlotas pastebėjo, kad kai kurių augalų švarinti nereikia niekad; vienas iš jų – lotosas.
Tyrėjas suprato, kad tokį reiškinį sukelia dviejų lapo paviršiaus ypatybių derinys: vaškiška danga ir visame paviršiuje išsidėstę mikroskopiniai (kelių mikronų dydžio) iškilimai. Iš fizikos jis žinojo, kad vien vaškiškumas turėtų padaryti lapus hidrofobiškus, t. y. nešlampius. Ant tokios medžiagos lašai neišsklinda ir sąlytis su paviršiumi esti kiek įmanoma mažesnis (žr. iliustraciją kito puslapio apačioje). Ant hidrofiliško daikto skystis išsklinda ir sąlyčio su paviršiumi plotas būna didelis. Šlampaus paviršiaus sąlyčio kampas (tarp lašelio paviršiaus ir medžiagos) yra mažesnis negu 30°, o nešlampaus – daugiau negu 90°.
Be to, Bartlotas pastebėjo, kad nesuskaičiuojama gausybė iškilimų padaro lotosų lapus superhidrofobiškus – kampas čia viršija 150° ir susidaro beveik rutulio pavidalo lašeliai. Jų sąlyčio su paviršiumi plotas yra labai mažas ir lašai nurieda skersai lapų, kaip nuriedėtų rutuliniai guoliai. Vanduo lieka ant iškilimų viršūnių tarsi žmogus, paguldytas ant vinių lovos. Oras, įkalintas tarp vandens ir lapo paviršiaus iškilimų, padidina sąlyčio kampą. Šį reiškinį aprašo Kasio ir Baksterio lygtis, pavadinta XX a. 5 dešimtmečio pirmųjų šio reiškinio tyrinėtojų A. B. D. Kasio (A. B. D. Cassie) ir S. Baksterio (S. Baxter) garbei.
Tyrėjas matė, kad purvas liečia tik iškilimų viršūnes. Lietaus lašai lengvai jį sudrėkina ir nuplauna nuo lapų. Atradimas, kad paviršiaus nelygumai palaiko švarą, atrodo nuostabiai paradoksalus. Aš iš mamos dar vaikystėje išmokau, kad „kampeliai ir plyšeliai slepia purvą“, perėmiau tradicinę liaudies išmintį, kad, norint drabužį išlaikyti švarų, reikia jį išsaugoti lygų. Bet lotoso stebėjimai parodė, kad ši patirtis nebūtinai teisinga.
Botanikas Bartlotas iš pradžių negalvojo apie galimybę užsidirbti iš mažyčių iškilimų, saugančių lotoso lapus nesuteptus. Visgi 9 dešimtmetyje jis suprato, kad jei šiurkštų, vaškišką, panašų į lotoso, paviršių pavyktų susintetinti, dirbtinai sukurtas lotoso efektas galėtų būti taikomas labai plačiai. Jis užpatentavo paviršių su mažyčiais iškilimais gamybos idėją ir įregistravo Lotus Effect prekės ženklą.
Pritaikyti lotoso efektą ir padaryti daikto paviršių superhidrofobišką buvo nelengva: nešlampių medžiagų svarbiausias bruožas – atstumti viską nuo savęs, bet pirmiausia medžiaga turi būti pritvirtinta prie paties objekto. Iki 10 dešimtmečio pradžios Bartlotas sukūrė medaus šaukštą – įrankį laboratorijoje pagamintu silikoniniu paviršiumi su mikroskopiniais nelygumais. Šiame šaukšte medus tiesiog nesilaiko – nelieka nė kruopelės. Gaminys pagaliau įtikino kelias stambias chemijos įmones, kad šis metodas turi perspektyvų, o jų pradėti vykdyti tyrimai greitai padėjo rasti ir daugiau būdų, kaip jį galima pritaikyti. Kol kas sėkmingiausias taikymo pavyzdys yra StoLotusan dažai pastatų fasadams, tarptautinės korporacijos Sto AG pristatyti 1999 m. ir sulaukę didelio pasisekimo. Lotus Effect dabar yra dažnai Vokietijoje minimas pavadinimas; 2007 m. spalį žurnalas Wirtschaftswoche jį pripažino vienu iš 50 reikšmingiausių pastaraisiais metais vokiečių padarytų išradimų.