המשטח היבש בעולם

בהשראת הטבע, יצרו מדענים מ-MIT את מה שהם מגדירים כ”משטח שדוחה מים הכי טוב בעולם”.

מאת: אופיר מרום

משטחים דוחי מים (סופר- הידרופוביים) מושכים תשומת לב רבה, עקב יכולתם להישאר יבשים ונקיים ויכולתם למנוע הצטברות קרח עליהם, יכולות המאפשרות לשפר ביצועים של מוצרים רבים. בדרך כלל, משטחים סופר-הידרופוביים אינם חלקים, כפי שבטעות ניתן לחשוב, אלא דווקא מחוספסים. משטחים אלה מכוסים בבליטות ננו-מטריות, שמקטינות למינימום את שטח המגע עם הנוזל. לכן, גם כוח המשיכה בין הנוזל למשטח הוא מינימלי, דבר שגורם לנוזל להעדיף להישאר כטיפה מלוכדת ולא להימרח על פני המשטח (“אפקט הלוטוס”). פרופסור קריפה וראנאסי וקבוצת המחקר שלו באוניברסיטת MIT הראו שאסטרטגיה חדשה, שונה מהמקובל היום, יכולה לשפר את יכולת הדחייה של המשטחים באופן משמעותי, בדרך שעד היום לא נחשבה כאפשרית.

ההשראה לציפוי דוחה המים החדש הגיע מהתבוננות במשטחים מתקדמים אבל עדינים מאוד שהתפתחו בטבע, כמו עליו של פרח כובע הנזיר, או כנפי פרפר מסוג Morpho. מסתבר שפני המשטחים הללו מכוסים בתבנית של רכסים זעירים. מהמחקר עלה שהמורפולוגיה הזו לא נוצרה לחינם. החוקרים הוכיחו שבעזרת ציפוי משטח ברכסים זעירים, בדומה למורפולוגיה של כובע הנזיר או כנפי פרפר Morpho, אפשר להקטין את זמן המגע מעבר לגבול התיאורטי, פרמטר שעד היום לא חשבו שניתן לשפרו.

עד היום, כדי לפתח משטחים שדוחים מים, התמקדו חוקרים בהקטנת כוחות המשיכה בין הנוזל למשטח. אבל אפילו כאשר כוח המשיכה בין השניים אפסי, עדיין ההתנהגות ההידרודינמית של הטיפה הכתיבה זמן מגע מינימאלי, שנבע מהעובדה שהטיפה נמעכת אל המשטח ואז נאספת חזרה לטיפה באופן סימטרי (כמו הטיפה השמאלית בסרטון המצורף). כשטיפת מים נופלת על משטח של רכסים זעירים היא מתפצלת לטיפות קטנות יותר, שכל אחת מהן ניתזת בנפרד. מכיוון שלכל אחת מהטיפות הקטנות יש מסה, שקטנה יותר מהמסה של הטיפה המקורית, גם הזמן שלוקח לה להיהדף מהמשטח קטן יותר (כמו הטיפה הימנית בסרטון המצורף). צמצום הזמן שהנוזל נוגע במשטח מגדיל את הסיכוי שהמשטח יישאר יבש, ומונע ביעילות גבוהה יותר הצטברות של קרח עליו.

הפיתוח הזה משמעותי במיוחד מכיוון שניתן לשלב את המרקמים החדשים עם חומרים חזקים, כמו מתכות או קרמיקה, שעמידים בשחיקה ובחום גבוה, ולא רק על גבי טקסטיל או בפולימרים שבריריים יחסית, כפי שמקובל היום ליצירת משטחים דוחי מים. קל לדמיין את היישום של הרעיון בטקסטיל, זכוכית או רעפים כפי שכבר עושים היום. בנוסף, ניתן לצפות דברים, שעד כה היו פחות ריאליים, כמו להבים של תחנות רוח, מכוניות, מנועי סילון או קווי חשמל כדי להקטין את הסיכוי להיווצרות קרח. כעת מחפשים פרופ’ וראנסי וקבוצתו בקרב קהילת העיצוב רעיונות ליישומים אפשריים. אולי לכם יש רעיון?

לידיעה ב-MIT