Гидрофобные (водоотталкивающие) материалы и гидрофильные (смачивающиеся водой) материалы обладают различиями на микроскопическом уровне, которые как раз и определяют их поведение по отношению к воде. К примеру, «лес» крошечных волосков на коже некоторых животных позволяет этим животным в буквальном смысле выходить сухими из воды, а миллионы крошечных пор на поверхности волокон хлопка позволяют этому материалу активно абсорбировать влагу из воздуха. Все материалы естественного происхождения обладают только лишь одним свойством по отношению к воде, но ученые создали искусственный материал, который может быть переключен из гидрофобного в гидрофильное состояние и наоборот путем воздействия на него электрического тока соответствующей полярности.
Этот чудо-материал был разработан учеными из Венского технологического университета (TU Wien), Цюрихского университета (University of Zurich) и других научных учреждений. Воздействие электрического тока изменяет на наноразмерном уровне структуру поверхности материала, благодаря чему материал меняет свое «отношение» к воде на кардинально противоположное.
Поверхность этого материала покрыта слоем нитрида бора, который называют «белым графеном», помещенного на основание из родия. Нитрида бора имеет сотовидную ячеистую структуру с размером ячейки в 0.1 нанометра. Полоски из нитрида бора расположены на поверхности материала на расстоянии в 3.2 нанометра и когда через основание материала протекает электрический ток, его воздействие деформирует шестигранные ячейки нитрида бора. Деформация ячеек столь сильна, что это приводит к изменению угла контакта материала с молекулами воды настолько, что силы поверхностного натяжения больше не могут удерживать воду на поверхности. Деформация ячеек возникает за счет водорода, выделяющегося под воздействием электрического тока, который скапливается между слоем нитрида бора и родиевым основанием.
Ученые наблюдали непосредственно за изменениями формы ячейки нитрида бора под воздействием электрического тока при помощи сканирующего туннельного микроскопа. «Понимание и управление процессами взаимодействия макро- и нано-мира представляет собой главную задачу нанотехнологий» — рассказывает профессор Ерс Гребер (Urs Greber) из университета Цюриха, — «Наша система, которая может переключаться электрическим способом, позволит нам изучить на фундаментальном уровне явление трения жидкостей и поверхности материалов. И это может быть использовано на практике для создания принципиально новых высокоэффективных смазочных материалов, к примеру».
Материал с управляемыми гидро-свойствами может быть использован в биологии для создания лабораторий-на-чипе, которые позволяют контролировать и обрабатывать отдельно взятые живые клетки. Так же эти принципы могут быть использованы для создания микрокапиллярных устройств и насосов, внутри которых давление с скорость движения потока жидкости регулируется электрическим напряжением, приложенным к концам наноразмерной трубки, и даже гидровычислительных устройств, в которых вода является носителем информации.
Источник:
