Исследователи из Университета Сиднея обнаружили, что молекулы масла сохраняют свои «жидкоподобные» свойства, когда они химически прикрепляются в виде чрезвычайно тонкого слоя к твердым поверхностям, открывая новые возможности для создания устойчивых биоразлагаемых материалов с антипригарными характеристиками.

Результаты исследования опубликованы в ведущем химическом журнале Angewandte Chemie под руководством доктора Айзека Грешама с соавторами, профессором Кьярой Нето и отличником Симусом Лилли из Химической школы и Сидней Нано, доктором Калояном Койновым из Института исследований полимеров Макса Планка и доктором Эндрю Нельсоном из Австралийского центра рассеяния нейтронов.

Изученные командой «жидкоподобные» биоразлагаемые покрытия, известные как скользкие ковалентно прикрепленные жидкие поверхности (SCALS), производятся из силиконов или полиэтиленгликоля – оба из которых разлагаются в окружающей среде на безвредные побочные продукты.

«Эти жидкоподобные слои чрезвычайно скользкие для большинства загрязнений: они без усилий пропускают капли жидкости, что отлично подходит для повышения эффективности теплопередачи и сбора воды, они предотвращают образование накипи и противостоят прилипанию льда и бактерий, приближая нас на один шаг к миру самоочищающихся покрытий», — сказал профессор Нето, возглавляющий лабораторию наноинтерфейсов в Университете Сиднея.

«Мы можем соотнести исключительные характеристики этих слоев с их наноструктурой – это означает, что теперь мы знаем, к чему стремимся при проектировании скользких поверхностей, что позволяет нам сделать их еще более эффективными и обеспечить жизнеспособные альтернативы фторированным покрытиям».

Скользкие биоразлагаемые нанотонкие слои толщиной от двух до пяти миллиардных долей метра, или в 10 000 раз тоньше человеческого волоса, состоят из молекул масла длиной всего в сотню атомов.

«Капля воды без трения скользит по толстой масляной пленке, но если вы полностью удалите масляную пленку, скажем, с помощью мыла, большая часть капель воды прилипнет к твердым поверхностям», — сказал профессор Нето.

«Насколько тонким может быть слой масла на твердой поверхности, прежде чем он перестанет быть «жидкоподобным»? На наноуровне определение жидкости становится несколько скользким».

Чтобы раскрыть секреты своих биоразлагаемых ультратонких жидких покрытий, команда использовала два метода, чтобы «увидеть» поверхностные слои.

Первым методом является одномолекулярная силовая спектроскопия, которая измеряет длину отдельных молекул и силу, необходимую для их растяжения или сжатия.

Вторым методом является нейтронная рефлектометрия, которая позволяет ученым измерять длину и плотность прививки молекул.

«Мы обнаружили, что если молекулы жидкости были слишком короткими и редко наносились на твердую поверхность, они недостаточно покрывали нижележащую твердую поверхность и оставались липкими», — сказал профессор Нето.

С другой стороны, если молекулы были слишком длинными или привиты слишком плотно, они не обладали достаточной гибкостью, чтобы действовать как жидкость.

Чтобы окончательно показать, что исключительные свойства этих слоев обусловлены их «жидкоподобным» состоянием, команда измерила скорость, с которой маленькая молекула зонда диффундировала внутри биоразлагаемого слоя.

Молекулы могут диффундировать через жидкости, но не через твердые вещества. Профессор Нето сказал, что самая быстрая молекулярная диффузия наблюдалась в той зоне, где молекулы масла имеют как раз нужную длину и привиты с умеренной плотностью.