Läpimurto materiaalitutkimuksessa: ainutlaatuinen panssaripinnoite karkottaa veden ja lian eikä hajoa kovastakaan iskusta

Superhydrofobiset pinnat hylkivät äärimmäisen tehokkaasti paitsi vettä, myös likaa ja erilaisia taudinaiheuttajia. Siksi niille löytyy lukuisia käyttökohteita muun muassa terveydenhoidossa, teollisuudessa ja energiantuotannossa.

Käytännön sovelluksia on kuitenkin hidastanut superhydrofobisten pintojen herkkyys viilloille, naarmuille ja lommoille. Kun pinta vaurioituu, vaurioitunut alue voi kerätä nesteitä ja pinnoitteen ominaisuudet kärsivät.

Nyt kiinalaisen Chengdun elektroniikan ja tekniikan yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet kehittämään panssaroidun superhydrofobisen pinnan, joka kestää toistuvia terävien ja tylppien esineiden aiheuttamia iskuja ja hylkii silti nesteitä ennätyksellisen tehokkaasti. Tutkimus julkaistiin Nature-lehdessä 3. kesäkuuta.

Iskunkestäviä superhydrofobisia pintoja voidaan valmistaa metallista, lasista tai keramiikasta. Tutkijat kuvioivat pinnan kennomaisella rakenteella, joka muodostuu kärjellään seisovien pyramidien muotoisista koloista.Hauras vettä hylkivä kemikaali levitetään kennon sisäpinnalle. Tämä estää nesteen tarttumisen pintaan samalla, kun pyramidin seinät suojaavat herkkää kemiallista pinnoitetta vaurioilta.

”Juuri tuo rakenne on panssarin vahvuuden ja kestävyyden salaisuus. Kennojen materiaalina voidaan käyttää melkein mitä tahansa, ja testasimmekin erikokoisia, -muotoisia ja eri materiaaleista valmistettuja kennorakenteita”, sanoo Aalto-yliopiston professori Robin Ras.

Panssari kestää jopa syövyttävät kylvyt

Vettä hylkivä pinta on myös antimikrobinen, joten uutta pinnoitetta voitaisiin hyödyntää esimerkiksi terveydenhoidossa pienentämään infektioriskiä. Sen lisäksi sitä voidaan käyttää yleisemmin kaikissa sovelluksissa, joissa tarvitaan kosteutta ja likaa hylkivää pintaa. Yksi esimerkki ovat aurinkopaneelit. Niissä kosteuden ja lian kertyminen estää ajan mittaan valon imeytymistä, mikä taas vähentää sähköntuotantoa. Superhydrofobinen lasipinta säilyttäisi tehokkuuden pidempään ja vähentäisi myös usein vaikeissa paikoissa sijaitsevien aurinkopaneelien puhdistustarvetta.

Likaa ja kosteutta hylkivä panssaripinnoite voisi myös ehkäistä ruosteen ja jään muodostumista teollisuuden koneissa ja ajoneuvoissa– jos se kestää pitkiä aikoja äärimmäisen kovia olosuhteita. Sitä testatakseen tutkijat pitivät panssaroituja materiaaleja 100 °C:n lämpötilassa useiden viikkojen ajan, upottivat ne tuntikausiksi syövyttäviin nesteisiin, suihkuttivat niitä korkeapaineisilla vesisuihkuilla ja käsittelivät kovakouraisesti äärimmäisessä kosteudessa. Pinnat pystyivät silti hylkimään nestettä yhtä tehokkaasti kuin ennenkin.

Työtä tukivat Kiinan kansallinen luonnontieteiden säätiö (National Natural Science Foundation of China), Euroopan tutkimusneuvosto, Suomen Akatemia, Aalto-yliopisto ja Business Finland.

Design of robust superhydrofobic surfaces (nature.com)