Nowa technologia przeciwpyłowa toruje drogę samooczyszczającym się powierzchniom

Kurz jest powszechnym faktem w życiu i jest czymś więcej niż codzienną uciążliwością. Nagromadzenie pyłu jest szkodliwe dla elementów optycznych, urządzeń elektronicznych i systemów mechanicznych i stanowi poważny problem w misjach kosmicznych i wdrażaniu energii odnawialnej.

Teraz naukowcy z University of Texas w Austin wraz z firmą Smart Material Solutions z Karoliny Północnej opracowali nową metodę zapobiegania przywieraniu kurzu do powierzchni. Według zespołu nowa technologia może sprawić, że wiele rodzajów materiałów będzie pyłoszczelnych, od statków kosmicznych, przez panele słoneczne, po okna domowe.

„To, co tutaj pokazaliśmy, to powierzchnia, która może się oczyścić” powiedział Chih-Hau Chang, profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Walkera w Cockrell College of Engineering i główny autor badania. „Cząsteczki nie są w stanie przykleić się do powierzchni, więc są odpychane jedynie siłą grawitacji”.

Naukowcy stwierdzili, że odkrycie obejmuje głównie rzeczy, których ludzkie oko nie jest w stanie zobaczyć. W eksperymentach zespół zmodyfikował geometrię płaskich powierzchni, aby stworzyć ciasno upakowaną nanoskalową sieć struktur w kształcie piramidy. Te ostre kanciaste struktury utrudniają przyleganie do materiału. Zamiast tego sklejają się i staczają materię grawitacyjnie.

Konstrukcje te nie wymagają dodatkowej energii ani materiałów do usuwania pyłu. Porównaj to z bardziej aktywnymi rozwiązaniami, takimi jak przednie szyby samochodowe, które wymagają użycia wycieraczek i płynu do wycieraczek do usuwania kurzu.

Chociaż technologia kontroli zapylenia istnieje od dziesięcioleci, nie zyskała dużego zainteresowania poza laboratorium ze względu na wyzwania związane ze skalowaniem. W tym najnowszym badaniu naukowcy wykorzystali koncepcje produkcyjne zwane nanomoney i nanoprinting, które polegają na drukowaniu wzorów na przedmiotach w nowoczesnej wersji masowej produkcji gazet i fotografii w XIX wieku.

Podczas testów naukowcy zebrali pył księżycowy na powierzchniach inżynieryjnych, a następnie obrócili każdą powierzchnię na bok. Odkryli, że tylko około 2% powierzchni pozostało zakurzonych, w porównaniu z ponad 35% na podobnej, ale gładkiej powierzchni.

Ponieważ badania zostały sfinansowane z grantu z programu badawczego Small Business Innovation Research Program NASA, pierwsze aplikacje koncentrują się na technologii kosmicznej. Pył kosmiczny jest szczególnie kłopotliwy, biorąc pod uwagę, jak niebezpieczne może być wszystko w tym środowisku. Ponadto warunki utrudniają czyszczenie kurzu. Pył siał spustoszenie w misjach Apollo i spowodował awarię łazików marsjańskich.

„Niewiele można zrobić z pyłem księżycowym w kosmosie – przykleja się do wszystkiego i nie ma realnego sposobu, aby go zetrzeć lub spryskać” – mówi. Powiedział Samuel Lee, główny autor, który był badaczem licencjackim w grupie Changa. „Pył na panelach słonecznych łazików marsjańskich może spowodować ich awarię”.

Ta nowa technologia przeciwpyłowa może mieć ogromny wpływ na Ziemię. Na przykład może zapobiegać gromadzeniu się kurzu przez panele słoneczne i utracie wydajności w miarę upływu czasu. Ponadto może chronić szklane okna, a pewnego dnia nawet ekrany cyfrowe, takie jak telefony i telewizory.

Odniesienie do czasopisma:

1. Samuel S. Lee, Lauren Miklow, Andrew Tunnell, Kwon Chih Shin, Saurav Mohanty, Nicole Cates, Stephen Forrest i Chih Hao Chang. Projektowanie powierzchni przeciwpyłowych o dużej powierzchni poprzez wykorzystanie sił międzycząsteczkowych. Materiały stosowane i interfejsy ACS, 2023; DOI: 10.1021/acsami.2c19211