Водоотталкивающие пленки из оксида цинка

 


Для многих практических применений очень важно, какие свойства по отношению к воде проявляет та или иная поверхность – гидрофильные или гидрофобные. Например, супергидрофобные поверхности успешно применяются для создания защитных водоотталкивающих покрытий. Кроме того, смачивание играет немаловажную роль в жизнедеятельности живых организмов.

Как известно, на процессы смачивания сильно влияет структура поверхности. Французские исследователи предложили использовать нанопроволоки из оксида цинка для получения гидрофобных пленок. Оксид цинка очень популярен среди ученых благодаря своим электрическим, оптическим и механическим свойствам, поэтому к настоящему моменту разработано множество методик синтеза различных структур на его основе. В данном случае методом электроосаждения была получена пленка, образованная нанопроводами ZnO.

Провода оксида цинка в виде гексагональных призм имеют длину около 3.5 мкм, а диаметр составляет 160 нм. Как видно на микрофотографии, торцы проводов неровные, из-за чего пленка имеет шероховатости как на микро-, так и на наноуровне. Эта особенность, по мнению ученых, во многом определяет смачиваемость поверхности. Свежеприготовленная пленка проявляет супергидрофильные свойства, и угол смачивания близок к 0°.

Для модификации свойств пленка была покрыта стеариновой кислотой – дешевым нетоксичным веществом. Ее длинные углеводородные цепи образуют плотные самособирающиеся монослои, которые, благодаря сильной связи между карбоксильными группами и атомами цинка, крепко удерживаются на поверхности нанопроводов ZnO. После обработки пленка стала супергидрофобной. Угол смачивания оказался равен 176°, а гистерезис смачивания составил менее 1°.

Поверхность из модифицированных нанопроводов ZnO оказалась стабильной в широком диапазоне pH – значение краевого угла практически не менялось в интервале pH от 1.8 до 12.6. Оксид цинка взаимодействует с растворами и кислот, и щелочей, следовательно, монослой стеариновой кислоты является эффективным защитным барьером. Также на свойства пленки практически не влияет температура вплоть до 250 °С.

Авторы работы отмечают, что полученные значения краевых углов оказались наибольшими для оксидных материалов. Однако это в некотором роде является спекуляцией, так как оксид цинка лишь задает топологию поверхности, а гидрофобные свойства проявляет стеариновая кислота.

Работа «A ZnO nanowire array film with stable highly water-repellent properties» была опубликована в журнале Nanotechnology.

Источник: IOP