Sur les surfaces hydrofuges, les gouttelettes de liquide rebondissent au lieu d'être coincées. Ces surfaces sont importantes dans de nombreux domaines, tels que des vêtements hydrofuges et des ustensiles de cuisine anti-salissures. Utilisé comme revêtement de réduction de traînée pour les véhicules nautiques, ces surfaces peuvent même aider à accélérer les cargos et les équipements militaires afin d'économiser de l'énergie. Le rêve de la recherche et du développement sur les hydrofuges est une structure qui a une hydrophobie robuste, forte stabilité mécanique, et est peu coûteux à produire à l'échelle commerciale. Cependant, les résultats fonctionnels des surfaces hydrofuges existantes n'ont pas été satisfaisants, en raison des insuffisances des approches conventionnelles de conception structurelle et de fabrication dans l'ingénierie des microstructures et des propriétés de ces surfaces.

Le défi a été récemment surmonté par des recherches révolutionnaires menées par le professeur Wang Liqiu au Département de génie mécanique, Ecole d'ingénieurs, l'Université de Hong Kong (HKU) grâce au développement d'une structure résistante aux liquides et à la fabrication de surfaces poreuses par une technique innovante basée sur les gouttelettes microfluidiques. Des matériaux tels que les textiles, métaux, et les verres recouverts d'une couche de cette surface poreuse robuste peuvent alors devenir hydrofuges. L'article a été récemment publié dans une revue académique Communication Nature (Zhu P.A., Kong T.T., Tang X. et Wang L. Q. 2017. Membranes poreuses bien définies pour des surfaces omniphobes robustes via des modèles d'émulsion microfluidique, Communication Nature 8, 15823). Avec la nouvelle technologie développée par l'équipe, les vêtements ne seraient plus jamais mouillés les jours de pluie à l'avenir.

L'équipe résout efficacement le conflit entre l'imperméabilité aux liquides et la stabilité mécanique grâce à la conception inspirée des cuticules des collemboles des structures hydrofuges. Les collemboles sont des arthropodes terricoles dont les habitats subissent souvent des pluies et des inondations. En conséquence, les collemboles font évoluer leurs cuticules avec une forte durabilité mécanique et une résistance aux liquides robuste pour résister au frottement des particules du sol et survivre dans des environnements aqueux, respectivement. Inspiré des cuticules des collemboles, l'équipe de recherche a conçu des surfaces poreuses composées de micro-cavités en nid d'abeille interconnectées avec un profil rentrant :l'interconnectivité assure la stabilité mécanique et la structure rentrante donne une résistance aux liquides robuste.

La structure hydrofuge robuste montre une amélioration de 21 fois de la stabilité mécanique

Les surfaces résistantes aux liquides repoussent au moins 10 types de liquides, y compris l'eau, solutions de tensioactifs, huiles, et les solvants organiques et montrent une amélioration étonnante de plus de 21 fois de la stabilité mécanique par rapport aux structures discrètes. Les surfaces poreuses sont également capables de récupérer leur état non mouillant même si les microcavités sont partiellement mouillées par l'eau. Les surfaces flexibles peuvent également être facilement enduites sur divers objets pour l'imperméabilité aux liquides.

Le matériau de surface poreux ne coûte que HKD1 par mètre carré

L'équipe de recherche a également développé une technique innovante basée sur les gouttelettes microfluidiques pour la fabrication de surfaces poreuses qui est très similaire aux biscuits façonnés fabriqués par des moules de cuisson. Ici, les moules sont des gouttelettes uniformes de la taille du micron qui sont produites par la technologie microfluidique avec un contrôle précis de leur taille, structure, et composition. Moulé par des gouttelettes microfluidiques, des microstructures uniformes à l'échelle commerciale sont produites à faible coût. Le coût du matériel est compris entre 0,7 et 1,3 HKD par mètre carré, seulement un millième de cela en achetant des produits commercialisés tels que le film hydrofuge PTFE. Cette technique a une grande précision et efficacité dans l'ingénierie des structures de surface, assuré par la précision et la contrôlabilité de la génération de gouttelettes microfluidiques à faible coût et facilement évolutives.

Cette percée changera la façon dont les surfaces hydrofuges sont fabriquées pour une résistance aux liquides robuste, forte stabilité mécanique, et une production économique à l'échelle commerciale. Il a également ouvert la voie à de nouveaux progrès dans la création de structures de surface par conception, et en adaptant leur morphologie, répulsion et stabilité mécanique pour s'adapter à une application souhaitée dans divers domaines, y compris l'énergie, immeubles, automobile, ingénieur chimiste, électronique, environnements, industrie biomédicale, fabrication avancée, véhicule nautique et équipement militaire.

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