Les chercheurs ont trouvé un moyen de fabriquer des revêtements de surface ultrafins suffisamment robustes pour résister aux rayures et aux bosses. Le nouveau matériel, développé en fusionnant les technologies de couches minces et d'auto-guérison, a une liste presque infinie d'applications potentielles, y compris l'autonettoyage, antigivrage, anti-buée, antibactérien, revêtements anti-salissures et échangeurs de chaleur améliorés, les chercheurs ont dit.

La nouvelle étude a révélé que les qualités d'évaporation rapide d'un polymère spécialisé contenant un réseau de liaisons dynamiques dans son épine dorsale aident à former un matériau résistant à l'eau, revêtement auto-cicatrisant d'épaisseurs nanométriques. L'étude, dirigé par le professeur de science mécanique et d'ingénierie Nenad Miljkovic à l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign et le professeur de science et d'ingénierie des matériaux Christopher Evans, est publié dans la revue Communication Nature .

Pour cette étude, l'objectif principal du groupe Miljkovic était d'augmenter l'efficacité des centrales à vapeur, qui sont les plus gros producteurs d'électricité au monde, en utilisant ces types de revêtements dans leurs condenseurs. « Les revêtements, lorsqu'il est appliqué sur les surfaces des condenseurs, les rendre plus résistants à l'eau et efficaces pour former des gouttelettes d'eau, qui optimise le transfert de chaleur, " a déclaré l'assistant de recherche diplômé Jingcheng Ma, un co-auteur principal de l'étude.

Lorsqu'il est utilisé dans les centrales à vapeur, les revêtements minces peuvent se heurter à une multitude de problèmes de durabilité, les chercheurs ont dit. Les revêtements peuvent se décomposer en quelques semaines, parfois même des heures. Une durée de vie aussi courte rend l'application des revêtements dans le monde réel peu pratique, qui a été un défi fondamental dans les sciences mécaniques et des matériaux pendant environ huit décennies. Des revêtements plus épais peuvent être plus durables, mais ils réduisent le transfert de chaleur et érodent l'avantage associé du revêtement.

Des études antérieures ont montré que la plupart des revêtements ultrafins développent de minuscules défauts de trous d'épingle une fois qu'ils durcissent sur une surface. La vapeur pénètre à travers ces défauts, conduisant au délaminage progressif du revêtement, les chercheurs ont dit, leur objectif était donc de développer un système sans trou d'épingle, couche mince résistante à l'eau et améliore l'efficacité énergétique globale des centrales à vapeur de plusieurs pour cent.

"Les matériaux auto-cicatrisants peuvent se recycler et se retraiter, " a déclaré Evans. " Nous avons découvert que nous pouvons utiliser avec succès la guérison permise par les liens dynamiques, permettant aux revêtements de s'auto-réparer en réponse aux rayures ou pour empêcher la formation de trous d'épingle."

Appelé dyn-PDMS, le matériau peut être facilement appliqué par immersion sur des matériaux en couches nanométriques sur diverses surfaces comme le silicium, aluminium, cuivre ou acier.

"L'une des raisons pour lesquelles nous pouvons obtenir des couches aussi minces est que les solvants utilisés dans la réaction s'évaporent très rapidement, ne laissant que le polymère, " a dit Evans. " Aussi, une fois guéri, le matériau se répare très rapidement des rayures, si vite qu'il est difficile de l'observer en temps réel. Nous ne voyons pas ce comportement en gros, échantillons en vrac du matériau - uniquement dans le film mince, et c'est une question à laquelle nous essayons de répondre maintenant."

Les chercheurs postulent que les revêtements ultrafins développés dans cette étude offrent une solution pour des matériaux durables résistants à l'eau et soulèvent des questions scientifiques ouvertes au sein de la science des matériaux et de la mécanique des fluides qui restent sans réponse.