ʵ

Uutiset

Pisaroita hylkivä materiaali rikkoi ennätykset – tutkijat loivat pinnoitteen, joka on vedelle kaikkein liukkain

Kehitetyllä materiaalilla on mahdollisia sovelluksia kaikkialla, missä vesi ja pinnat kohtaavat, aina teollisuudesta kotitaloustavaroihin.
Liukas pinta
Materiaalin pintaa peittää siihen tarttunut, nesteen tavoin käyttäytyvä molekyylikerros. Kuva: Ekaterina Osmekhina

Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat luoneet pinnan, joka on vedelle kaikkein liukkain. Keksintö paitsi haastaa aiempia käsityksiä kiinteiden pintojen ja veden välisestä kitkasta, myös tarjoaa täysin uusia tapoja tutkia pisaroiden liukkautta molekyylien tasolla. julkaistiin arvostetussa Nature Chemistry -lehdessä 23. lokakuuta.

Kiinteiden pintojen ja nesteen rajapinta on avainasemassa lukuisissa arkipäivän askareissa ja teknologioissa aina ruuanlaitosta optiikkaan. Mitä paremmin ymmärrämme sitä, miten pisarat tarttuvat pintoihin tai liukuvat niiltä pois, sitä parempia kotitalous- ja teollisuuslaitteita pystymme suunnittelemaan.

Kehityksen kärjessä pisaroita hylkivien materiaalien tutkimuksessa ovat niin kutsutut nesteen kaltaiset pinnat. Näissä materiaalin pintaa peittää siihen tarttunut, nesteen tavoin käyttäytyvä molekyylikerros. Arkielämän sovellukset tällaisille materiaaleille ovat vielä alkutekijöissään, mutta jo nyt teknologialla katsotaan olevan monenlaisia teknisiä etuja verrattuna perinteisiin vesitiiviisiin materiaaleihin.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat nyt luoneet professori Robin Rasin johdolla piipinnalle nesteen kaltaisen, vain yhden molekyylin paksuisen kerrostuman ja onnistuneet säätelemään sitä, kuinka tiiviisti tai harvakseltaan kerroksen molekyylit piipintaa peittävät. Pinnan tiheyden säätäminen toi esille yllättävän mekanismin.

”Tulokset osoittivat, että pinnan liukkaus lisääntyi kerroksen ollessa sekä erityisen harva että erityisen tiivis. Oli odotusten vastaista, että myös harva peite tuottaa poikkeuksellisen liukkauden”, kertoo väitöstutkija Sakari Lepikko.

Piipinta vetää vettä puoleensa voimakkaasti. Kun pinnoite sen päällä on harva, päälle tiputettu vesi leviää ohueksi kalvoksi. Tämän on aiemmin ajateltu lisäävän kitkaa eli vähentävän materiaalin liukkautta. 

‘Nyt kuitenkin totesimme, että harvan molekyylikerrostuman päälle tiputettu vesi pääsee kulkemaan vapaasti molekyylien välissä ja yllättäen luistaakin helposti pois pinnalta,’ Ras toteaa.

Toisaalta myös kun molekyylejä on paljon eli kerros on tiivis, vesi ei pääse ankkuroitumaan molekyylien ja piin väleihin ja luistaa yhtä lailla helposti pois. Näiden kahden – harvan ja tiiviin – ääripään välissä vesi sen sijaan tarraa kiinni materiaaliin.

Tutkijat kasvattivat tiiviin molekyylikerroksen myös fakiirin naulapetiä muistuttavalle erikoisrakenteiselle pinnalle, jollaisen on jo aiemmin tiedetty mahdollistavan poikkeuksellisen liukkauden. Näin tutkijat onnistuivat luomaan pinnoitteen, joka on vedelle kaikkein liukkain. Löydöstä voi olla iloa kaikkialla, missä pisaroita hylkiviä pintoja tarvitaan.

“Mahdollisia sovelluskohteita löytyy monelta suunnalta, esimerkiksi jäätymisen estosta, putkistojen lämmönsiirrosta tai itsepuhdistuvista pinnoista”, Lepikko kuvaa.

Seuraavana haasteena tutkijoilla on luoda materiaalista nykyistä kestävämpi. Tällaisenaan molekyylikerrostuma on hyvin ohut ja helposti hajoava.

Robin Rasin Soft Matter and Wetting group -fyysikkotiimi tekee pioneerityötä veden ja pintojen kohtauspisteessä. Tutkimuksessa on käytetty kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria. Ras on viime vuonna myös julkaissut Nature Reviews Chemistry -lehdessä  omnifobisista, nesteen kaltaisista pinnoista (LLS) ja niiden lupaavista ominaisuuksista.

Robin Ras

Robin Ras

Professori
Teknillisen fysiikan laitos
  • äٱٳٲ:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Lähikuva tieteellisestä instrumentista, jossa kultaa ja pronssia, johtoja ja merkintöjä laboratoriossa.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat kytkivät lähes ikiliikkuvan aikakiteen ensimmäistä kertaa ulkoiseen värähtelijään – voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa

Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.
Henkilö koskettaa suurta kiveä tiilirakennuksen edessä, sinisen taivaan alla.
Kampus, Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Glitch-teos haastaa näkemään taiteen eri valossa

Laura Könösen veistos paljastettiin 14.10. Otaniemen kampuksella.
Henkilö seisoo ulkona syksyllä, yllä harmaa huppari ja vihreä takki. Taustalla puut oransseine lehtineen.
Nimitykset Julkaistu:

Esittelyssä Qi Chen: Luotettava tekoäly tarvitsee algoritmeja, jotka selviävät yllätyksistä

Tekoälyn kehittäjien on keskityttävä sovellusten turvallisuuteen ja oikeudenmukaisuuteen, sillä ne liittyvät suoraan yhteiskuntien luottamukseen ja tasa-arvoon, sanoo tutkija Qi Chen.
Henkilö pukeutuneena vaaleanharmaaseen huppariin seisoo sisätiloissa, taustalla tiiliseinä ja vihreitä kasveja.
Nimitykset, Yliopisto Julkaistu:

Tekoälyn ja ihmisen erimielisyys on tutkijalle jännä arvoitus

Francesco Croce tutkii multimodaalisia perustamalleja, erityisesti niiden hyökkäyksensietokykyä.