Sur cette photo, l'image centrale est le profil optique d'une goutte d'eau posée sur du silicium "nanopitté"; l'image de droite est une micrographie électronique à balayage des nanocavités; et l'image de gauche est un dessin animé illustrant la forme des nanobulles déduite des mesures aux rayons X.
(PhysOrg.com) -- Le premier aperçu de minuscules bulles d'air qui empêchent l'eau de mouiller une surface super antiadhésive pourrait conduire à de nouveaux matériaux super lisses avec des applications dans l'énergie, Médicament, et plus.
Des scientifiques du laboratoire national de Brookhaven du département américain de l'Énergie ont obtenu le premier aperçu de minuscules bulles d'air qui empêchent l'eau de mouiller une surface super antiadhésive. Des informations détaillées sur la taille et la forme de ces bulles - et sur le matériau antiadhésif que les scientifiques ont créé en "marquant" un matériau lisse avec des cavités mesurant seulement milliardièmes d'un mètre — est publié en ligne aujourd'hui dans la revue Lettres nano .
« Nos résultats expliquent comment ces nanocavités piègent de minuscules bulles qui rendent la surface extrêmement hydrofuge, », a déclaré le physicien et auteur principal de Brookhaven, Antonio Checco. La recherche pourrait conduire à une nouvelle classe de matériaux antiadhésifs pour une gamme d'applications, y compris les centrales électriques à rendement amélioré, bateaux plus rapides, et des surfaces résistantes à la contamination par des germes.
Les surfaces antiadhésives sont importantes dans de nombreux domaines technologiques, de la réduction de la traînée aux agents anti-givre. Ces surfaces sont généralement créées en appliquant des revêtements, comme le téflon, aux surfaces lisses. Mais récemment, en s'inspirant d'observations dans la nature, notamment la feuille de lotus et certaines variétés d'insectes - les scientifiques ont réalisé qu'un peu de texture peut aider. En incorporant des caractéristiques topographiques sur les surfaces, ils ont créé des matériaux extrêmement hydrofuges.
« Nous appelons cet effet ‘superhydrophobie, ’ », a déclaré Benjamin Ocko, physicien de Brookhaven. « Cela se produit lorsque des bulles d'air restent piégées dans les surfaces texturées, réduisant ainsi drastiquement la zone de liquide en contact avec le solide. Cela force l'eau à se former en gouttes en forme de perles, qui sont faiblement reliés à la surface et peuvent facilement rouler, même avec la moindre pente.
"Pour avoir un premier aperçu des nanobulles sur une surface superhydrophobe, nous avons créé un réseau régulier de plus d'un billion de nano-cavités sur une surface autrement plate, puis enduit d'un tensioactif cireux, " dit Charles Black, un physicien au Brookhaven’s Center for Functional Nanometerials.
Ce revêtement, la surface texturée à l'échelle nanométrique était beaucoup plus hydrofuge que la surface plane seule, suggérant l'existence de nanobulles. Cependant, parce que l'échelle nanométrique n'est pas accessible avec des microscopes ordinaires, on sait peu de choses sur ces nanobulles.
Pour prouver sans ambiguïté que ces ultra-petites bulles étaient présentes, l'équipe de Brookhaven a effectué des mesures aux rayons X à la National Synchrotron Light Source. « En observant comment les rayons X se diffractaient, ou rebondit sur la surface, nous sommes en mesure d'imager des caractéristiques extrêmement petites et de montrer que les cavités étaient principalement remplies d'air, ", a déclaré la physicienne de Brookhaven, Elaine DiMasi.
Checco ajouté, « Nous avons été surpris que l'eau ne pénètre qu'environ 5 à 10 nanomètres dans les cavités – une quantité correspondant à seulement 15 à 30 couches de molécules d'eau – indépendamment de la profondeur des cavités. Cela fournit la première preuve directe de la morphologie de ces petites bulles.
Selon les observations des scientifiques, les bulles ne mesurent que 10 nanomètres environ, soit environ dix mille fois plus petites que la largeur d'un seul cheveu humain. Et les résultats de l'équipe montrent de manière concluante que ces minuscules bulles ont des sommets presque plats. C'est contrairement à plus grand, bulles micrométriques, qui ont un sommet plus arrondi.
"Cette configuration aplatie est attrayante pour une gamme d'applications car elle devrait augmenter le glissement hydrodynamique au-delà de la surface nanotexturée, », a déclaré Checco. "De plus, le fait que l'eau pénètre à peine dans les nano-textures, même si une pression externe est appliquée au liquide, implique que ces nanobulles sont très stables.
Par conséquent, contrairement aux matériaux plus grands, textures micrométriques, les surfaces fabriquées par l'équipe de Brookhaven peuvent présenter des propriétés superhydrophobes plus stables.
« Ces résultats permettent de mieux comprendre les aspects à l'échelle nanométrique de la superhydropobicité, ce qui devrait permettre d'améliorer la conception des futures surfaces antiadhésives superhydrophobes, », a déclaré Checco.
