Une surface sur laquelle l'huile et l'eau rebondissent simplement :le revêtement superamphiphobe n'est même pas mouillé par l'huile à faible viscosité hexadécane, qui s'étalerait même sur un revêtement antiadhésif. Par conséquent, une goutte du liquide rebondit d'abord sur la surface avant de venir s'y reposer comme une sphère presque parfaite. Les propriétés superamphiphobes proviennent de la structure de verre en forme d'éponge que les chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères ont développée. Crédit :Science / Xu Deng - MPI pour la recherche sur les polymères
Les lunettes n'ont plus jamais besoin d'être nettoyées, et les pare-brise sales appartiennent au passé ! Les chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères à Mayence et de l'Université technique de Darmstadt sont maintenant beaucoup plus près d'atteindre cet objectif. Ils ont utilisé de la suie de bougie pour produire un revêtement transparent superamphiphobe en verre. L'huile et l'eau roulent toutes les deux sur ce revêtement, ne laissant absolument rien derrière. Quelque chose qui s'est même vérifié lorsque les chercheurs ont endommagé la couche par sablage. Le matériau doit cette propriété à sa nanostructure. Les surfaces scellées de cette manière pourraient être utilisées partout où la contamination ou même un film d'eau est soit nocif, soit simplement une nuisance.
Doris Vollmer déteste que ses lunettes se salissent toujours si vite. Cependant, le scientifique, qui dirige un groupe de recherche au Max Planck Institute for Polymer Research, cherche une solution au problème - et elle et son équipe sont maintenant bien plus près d'en trouver une. Un revêtement transparent très efficace pour repousser l'eau et l'huile, comme le présentent maintenant les chercheurs basés à Mayence, pourrait non seulement garder l'eau et la saleté loin des lentilles dans les verres et les pare-brise de voiture, mais aussi, par exemple, des façades vitrées des gratte-ciel. Cela pourrait également empêcher les résidus de sang ou de liquides contaminés sur les équipements médicaux.
Le revêtement est essentiellement constitué d'un matériau extrêmement simple :silice, constituant principal de tout verre. Les chercheurs l'ont recouvert d'un composé de silicium fluoré, qui rend déjà la surface hydrofuge et oléofuge, comme une poêle à frire antiadhésive. La partie vraiment intelligente est la structure du revêtement, toutefois. C'est ce qui rend le verre super hydrofuge et super oléofuge. Dans une poêle avec ce type de revêtement, l'eau et l'huile rouleraient simplement sous forme de gouttes. La structure de la couche ressemble à un labyrinthe spongieux de pores complètement désordonnés, qui est composé de minuscules sphères.
La suie de la flamme de la bougie comme modèle pour la structure en verre poreux
« Les surfaces arrondies ne peuvent pas être mouillées même par des huiles à faible viscosité, bien que ce soit énergétiquement le plus favorable, », dit Doris Vollmer. C'est parce que les liquides qui mouillent même les surfaces fluorées devraient être pressés sur ces sphères, qui mesurent environ 60 nanomètres (un nanomètre correspond à un millionième de millimètre), afin de former un film en surface. Cela demande trop d'énergie.
Il y a deux raisons pour lesquelles la silice spongieuse, le constituant principal du verre, est si bon pour repousser l'eau et l'huile - tout d'abord, car il est revêtu d'un composé de silicium fluoré, et deuxièmement, à cause de sa structure :c'est comme s'il était composé d'innombrables sphères minuscules. Les surfaces des sphères empêchent le matériau d'être mouillé avec des huiles, même si c'était énergétiquement plus favorable. Crédit :Science / Xu Deng - MPI pour la recherche sur les polymères
Un tel revêtement serait idéal pour de nombreuses applications, notamment parce qu'il est si facile à produire. « On peut même le produire dans des pots de confiture, », dit Doris Vollmer. Et la suie d'une flamme de bougie, à partir de laquelle les chercheurs ont fait quelque chose qui s'apparente à une empreinte de verre, servi de modèle pour la structure poreuse des sphères. Les chercheurs ont commencé par tenir une lame de verre dans une flamme afin que les particules de suie, qui mesurent environ 40 nanomètres de diamètre, formé une structure spongieuse sur le verre. L'étape suivante consistait à l'enrober de silice dans un récipient en verre – même un pot de confiture ferait l'affaire – en déposant à la vapeur un composé organique volatil de silicium et de l'ammoniac sur le dépôt de suie. Lorsqu'ils ont ensuite chauffé le matériau, la suie s'est décomposée. L'étape suivante consistait à déposer également en phase vapeur un composé de silicium fluoré sur la structure creuse de silice.
Ils ont ensuite tenté de mouiller ce revêtement avec différents liquides. Cependant, ils n'ont pas réussi, même lorsqu'ils laissent couler de l'hexadécane d'une grande hauteur dessus; dans une poêle anti-adhésive, l'hexadécane s'étale comme de l'eau dans un lavabo. « Au départ, une goutte d'huile a pénétré dans la structure spongieuse, mais a ensuite rebondi comme une balle en caoutchouc, », explique Doris Vollmer. Bien qu'une partie du liquide reste dans les pores et mouille le matériau, lorsque la majeure partie de la goutte est revenue à la surface à une vitesse plus lente après avoir rebondi, il a retiré à nouveau la petite quantité d'hexane qui était restée hors des pores du verre. Finalement, la goutte réunie est restée allongée à la surface comme une balle (voir vidéo). Les chercheurs de Mayence ont testé la couche superamphiphobe avec un total de sept liquides et ont découvert qu'aucun n'était aspiré par l'éponge de verre.
Recherche systématique de revêtement autonettoyant
"Comme le matériau repousse si bien l'eau et l'huile, il conviendrait comme revêtement autonettoyant pour un grand nombre d'applications, " dit Hans-Jürgen Butt, Directrice de département à l'Institut Max Planck de Mayence où Doris Vollmer travaille avec son groupe. Et même si une partie de la couche a été supprimée, la structure de verre est restée superamphiphobe. En effet, sa structure interne est la même que sa structure en surface. Il ne perd ses propriétés autonettoyantes que lorsque la couche devient plus fine qu'un micromètre. Et c'est précisément ce qui arriverait très bientôt dans la pratique, même si une structure éponge autonettoyante de plusieurs micromètres d'épaisseur a été utilisée pour enduire les verres de lunettes ou une vitre. Lorsque les chercheurs ont laissé du sable couler sur la délicate structure de verre, le revêtement s'est usé assez rapidement. « Dans une prochaine étape, on aimerait donc développer une couche superamphiphobe, avec une meilleure stabilité mécanique, », dit Doris Vollmer.
À l'aide de tels revêtements, les chercheurs veulent en savoir plus sur les facteurs qui déterminent la résistance d'un matériau à l'eau et à l'huile. « Nous ne connaissons toujours pas cette relation en détail, », explique Hans-Jürgen Butt. « La recherche de matériaux superamphiphobes est donc plus ou moins un cas d'essais et d'erreurs. » Dès que les chercheurs ont réussi à comprendre systématiquement pourquoi un liquide mouille ou non une surface, les industriels pourront développer spécifiquement des revêtements autonettoyants pour des applications en architecture, optique et médecine.
