Des chercheurs de l'Université de Sydney ont observé que les molécules d'huile conservaient leurs propriétés « liquides » lorsqu'elles étaient chimiquement attachées sous forme d'une couche extrêmement fine à des surfaces solides, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités pour la conception de matériaux durables dotés de caractéristiques antiadhésives.
Les résultats sont publiés dans la revue Angewandte Chemie , dirigé par le Dr Isaac Gresham avec les co-auteurs du professeur Chiara Neto et de l'étudiant spécialisé Seamus Lilley de l'École de chimie et Sydney Nano, du Dr Kaloian Koynov de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères et du Dr Andrew Nelson du Centre australien de recherche sur les polymères. Diffusion des neutrons.
Les revêtements « de type liquide » étudiés par l'équipe, connus sous le nom de surfaces liquides glissantes à fixation covalente (SCALS), sont produits à partir de silicones ou de polyéthylène glycol, qui se décomposent tous deux en sous-produits inoffensifs dans l'environnement.
Les SCALS sont antiadhésifs sans recourir à des polymères perfluorés problématiques (PFAS), connus sous le nom de « produits chimiques éternels » qui sont généralement utilisés pour leurs faibles propriétés d'adhérence.
"Ces couches liquides sont extrêmement glissantes pour la plupart des contaminants :elles rejettent des gouttelettes de liquide sans effort, ce qui est idéal pour augmenter l'efficacité du transfert de chaleur et pour collecter l'eau, elles empêchent l'accumulation de tartre et résistent à l'adhésion de la glace et des bactéries. nous rapprochant d'un monde autonettoyant", a déclaré le professeur Neto, qui dirige le laboratoire des nano-interfaces à l'Université de Sydney.
"Nous pouvons corréler les performances exceptionnelles de ces couches avec leur nanostructure, ce qui signifie que nous savons désormais ce que nous visons lorsque nous concevons des surfaces glissantes, ce qui nous permet de les rendre encore plus efficaces et de proposer des alternatives viables aux revêtements fluorés."
Les couches nanofines glissantes, d'une épaisseur comprise entre deux et cinq milliardièmes de mètre, soit 10 000 fois plus fines qu'un cheveu humain, sont constituées de molécules d'huile qui ne mesurent qu'une centaine d'atomes de long.
"Une gouttelette d'eau glisse sans friction sur un épais film d'huile, mais si vous retirez complètement le film d'huile, par exemple en utilisant du savon, la plupart des gouttelettes d'eau adhéreront aux surfaces solides", a déclaré le professeur Neto.
"Quelle est l'épaisseur de la couche d'huile sur une surface solide avant qu'elle ne ressemble plus à un liquide ? À l'échelle nanométrique, la définition d'un liquide devient quelque peu glissante."
Pour percer les secrets de leurs revêtements liquides ultra-fins, l'équipe a utilisé deux techniques pour « voir » les couches de surface.
La première technique est la spectroscopie de force d'une molécule unique, qui mesure la longueur des molécules individuelles et la force nécessaire pour les étirer ou les comprimer.
La seconde est la réflectométrie neutronique, qui permet aux scientifiques de mesurer la longueur et la densité de greffage des molécules.
"Nous avons constaté que si les molécules liquides étaient trop courtes et peu greffées sur la surface solide, elles ne recouvraient pas correctement la surface solide sous-jacente et restaient collantes", a déclaré le professeur Neto.
"En revanche, si les molécules étaient trop longues ou greffées trop densément, elles n'avaient pas assez de flexibilité pour agir comme un liquide.
"Pour que les SCALS soient efficaces, ils devaient se trouver dans une zone Boucle d'or, où ils ne sont ni trop courts ni trop longs, ni trop lâches ni trop serrés."
Pour montrer définitivement que les propriétés exceptionnelles de ces couches sont dues à leur état « liquide », l'équipe a mesuré la vitesse à laquelle une petite molécule sonde diffusait à l'intérieur de la couche.
Les molécules peuvent diffuser à travers les liquides, mais pas à travers les solides. Le professeur Neto a déclaré que la diffusion moléculaire la plus rapide a été observée dans la zone Boucle d'or, où les molécules d'huile ont juste la bonne longueur et sont greffées avec une densité modérée.
Plus d'informations : Isaac Gresham et al, La nanostructure explique le comportement des surfaces liquides glissantes attachées de manière covalente, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202308008
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie
Fourni par l'Université de Sydney
