Углеродные нанотрубки (УНТ) являются ценным материалом для широкого спектра применений. Изготовленные из графеновых листов, свернутых в трубки в 10 000 раз меньше человеческого волоса, они имеют исключительное соотношение прочности к массе и отличные термические и электрические свойства. Эти характеристики делают их идеальными для применения в суперконденсаторах, сверхпрочных соединениях, для улавливания частиц т.п.
Новые исследования показывают еще больший потенциал УНТ: в качестве покрытия они могут как отталкивать, так и удерживать воду на месте, что является полезным свойством для таких областей, как печать, спектроскопия, водный транспорт или заготовка поверхностей. Когда вода падает на УНТ, нанотрубки отталкивают воду, и она образует сферу. Однако при переворачивании капля не падает на землю, а скорее прилипает к поверхности.
Капли воды на лепестке розы. Углеродные нанотрубки в качестве покрытия проявляют такое же динамическое поведение смачивания, как и лепесток розы.
“В отличие от сверхгидрофобных поверхностей, где капли легко скатываются при наклоне, леса УНТ являются парагидрофобными, где капля одновременно отталкивается и притягивается к поверхности УНТ. Это отношения любви и ненависти”, — объясняет Цзыю Чжоу, ведущий автор статьи и аспирант в лаборатории ламп.
Ключом к такому поведению смачивания является использование лесов УНТ, которые плотно, вертикально упакованы на поверхности и по существу гидрофильной поверхности УНТ. Леса имеют высоту около 100 мкм и настолько плотны, что в них насчитывается более 100 миллиардов УНТ на площади 1 см2. Некоторое количество воды тонет под углеродными нанотрубками и прилипает к гидрофильному материалу, в то время как остальное отталкивается в сферу.
Это исследование представляет собой первое наблюдение парагидрофобности лесов УНТ, где капля может катиться по поверхности, но не падает при перевернутом положении. Другие поверхности в природе, такие как персиковый пух или лепестки роз, также проявляют это смачивающее поведение, которое может быть использовано для транспортировки жидкости, дизайна покрытий тканей, селективности мембран и даже настенной робототехники.
«Предыдущие исследования показали, что УНТ-леса нестабильны при применении воды, но мы показываем, что капли воды на самом деле стабильны на этих плотных УНТ-лесах”, — объясняет Пол Леу, кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной инженерии в школе Свенсона Университета Питтсбурга и автор статьи.
«Это поведение смачивания может быть использовано для сборки УНТ в плотные вертикальные массивы, поверхностные полосы и другие уникальные формы, которые могут быть использованы для суперконденсаторов, межсоединений и других отраслей, таких как машиностроение или материаловедение”, — добавляют ученые.
