Il s'agit d'une illustration montrant un schéma de surface glissante et ses caractéristiques de repousser de nombreux fluides présents sur la terre (comme symbolisé par la terre réfléchie sur la goutte de liquide). Crédit :Avec l'aimable autorisation de James C. Weaver et Peter Allen.
Après une pluie, la feuille en coupe d'une cruche devient une surface pratiquement sans friction. Doux et élégant, le carnivore attire les fourmis, les araignées, et même des petites grenouilles. Un par un, ils glissent vers leur perte.
Adoptant la stratégie slick de l'usine, un groupe de scientifiques appliqués à Harvard a créé un matériau qui repousse à peu près n'importe quel type de liquide, y compris le sang et l'huile, et le fait même dans des conditions difficiles comme la haute pression et les températures glaciales.
La technologie de répulsion des liquides bio-inspirée, décrit dans le numéro du 22 septembre de La nature , devrait trouver des applications dans la manipulation des fluides biomédicaux, transport de carburant, et les technologies antisalissure et antigivrage. Cela pourrait même conduire à des fenêtres autonettoyantes et à des dispositifs optiques améliorés.
"Inspiré de la plante pichet, nous avons développé un nouveau revêtement qui surpasse ses homologues naturels et synthétiques et fournit une solution simple et polyvalente pour la répulsion des liquides et des solides, " dit l'auteur principal Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson Professeur de science des matériaux à la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), Directeur du Kavli Institute for Bionano Science and Technology à Harvard, et membre du corps professoral du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering à Harvard.
Par contre, les surfaces hydrofuges à la pointe de la technologie se sont inspirées d'un autre membre du monde végétal. Les feuilles du lotus résistent à l'eau en raison des minuscules microtextures à la surface; les gouttelettes s'équilibrent sur le coussin d'air sur les pointes de la surface et perlent.
L'effet lotus, cependant, ne fonctionne pas bien pour les liquides organiques ou complexes. De plus, si la surface est endommagée (par ex. rayé) ou soumis à des conditions extrêmes, les gouttes de liquide ont tendance à coller ou à s'enfoncer dans les textures plutôt que de rouler. Finalement, il s'est avéré coûteux et difficile de fabriquer des surfaces basées sur la stratégie du lotus.
L'usine de pichet adopte une approche fondamentalement différente. Au lieu d'utiliser des bavures, nanostructures remplies d'air pour repousser l'eau, la plante s'enferme dans une couche d'eau, créant un revêtement lisse sur le dessus. En bref, le fluide lui-même devient la surface répulsive.
"L'effet est similaire à celui d'une voiture en hydravion, les pneus glissent littéralement sur l'eau plutôt que sur la route, " dit l'auteur principal Tak-Sing Wong, stagiaire postdoctoral au laboratoire d'Aizenberg. « Dans le cas des fourmis malchanceuses, l'huile sous leurs pieds ne collera pas au revêtement glissant de la plante. C'est comme de l'huile flottant à la surface d'une flaque d'eau."
Ceci est un schéma montrant la fabrication de la surface poreuse glissante infusée de liquide (SLIPS). Crédit :Avec l'aimable autorisation de Peter Allen et James C. Weaver.
Inspiré par la solution élégante de l'usine de pichet, les scientifiques ont conçu une stratégie pour créer des surfaces glissantes en infusant un matériau poreux nano/microstructuré avec un fluide lubrifiant. Ils appellent les surfaces bio-inspirées résultantes "SLIPS" (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces).
"Comme la plante en pichet, Les GLISSIÈRES sont glissantes pour les insectes, mais ils sont maintenant conçus pour faire bien plus :ils repoussent une grande variété de liquides et de solides, " dit Aizenberg. Les SLIPS ne montrent pratiquement aucune rétention, car très peu d'inclinaison est nécessaire pour amener le liquide ou le solide à glisser vers le bas et hors de la surface.
"La surface fluide répulsive offre des avantages supplémentaires, car il est intrinsèquement lisse et exempt de défauts, " dit Wong. " Même après avoir endommagé un échantillon en le grattant avec un couteau ou une lame, la surface se répare presque instantanément et les qualités répulsives restent, rendre SLIPS auto-guérison. » Contrairement au lotus, les SLIPS peuvent être rendus optiquement transparents, et donc idéal pour les applications optiques et autonettoyantes, surfaces claires.
En outre, l'effet quasi sans frottement persiste dans des conditions extrêmes :hautes pressions (jusqu'à 675 atmosphères, équivalent à sept kilomètres sous la mer) et l'humidité, et à des températures plus froides. L'équipe a mené des études à l'extérieur après une tempête de neige; SLIPS a résisté aux températures glaciales et a même repoussé la glace.
"Non seulement notre surface bio-inspirée est capable de fonctionner dans une variété de conditions, mais il est aussi simple et bon marché à fabriquer, " dit le co-auteur Sung Hoon Kang, un doctorat candidat au laboratoire d'Aizenberg. "Il est facilement évolutif car vous pouvez choisir à peu près n'importe quel matériau poreux et une variété de liquides."
Pour voir si la surface était vraiment à la hauteur des normes élevées de la nature, ils ont même fait quelques expériences avec des fourmis. Dans les essais, les insectes ont glissé de la surface artificielle ou se sont retirés vers un terrain plus sûr après seulement quelques pas craintifs.
Les chercheurs prévoient que la technologie inspirée des plantes en pichet, pour laquelle ils demandent un brevet, pourrait un jour être utilisé pour les conduites de transport de carburant et d'eau, et les tubes médicaux (tels que les cathéters et les systèmes de transfusion sanguine), qui sont sensibles à la traînée et à la pression et sont compromis par des interactions liquide-surface indésirables. D'autres applications potentielles incluent les fenêtres et les surfaces autonettoyantes qui résistent aux bactéries et à d'autres types d'encrassement (comme l'accumulation qui se forme sur les coques des navires). L'avancée peut également trouver des applications dans des matériaux résistants à la glace et peut conduire à des surfaces anti-adhésives qui repoussent les empreintes digitales ou les graffitis.
"La polyvalence de SLIPS, leur robustesse et leur capacité unique d'auto-guérison permettent de concevoir ces surfaces pour une utilisation presque partout, même dans des conditions de température et de pression extrêmes, " dit Aizenberg. " Il ouvre potentiellement des applications dans des environnements difficiles, comme l'exploration polaire ou en eaux profondes, où aucune solution satisfaisante n'existe à l'heure actuelle. Tout glisse !"
