Uutiset

Uudet pinnat hylkivät vettä öljyn alla ja öljyä veden alla

Kehitettyjä pinnoitemateriaaleja voi hyödyntää meriteollisuudessa, ruosteenestossa ja monella muulla alalla.

Öljypisara vedessä pysyy pallona eikä öljy nouse tasaiseksi kerrokseksi veden päälle, kun se on veden päällä olevaa öljyä hylkivää kaksoissuperlyofobista pintamateriaalia vasten. Kuva: Xuelin Tian, Robin Ras.

Vesipisara öljyssä pysyy pallona eikä vesi leviä nouse tasaiseksi kerrokseksi öljyn alle, kun se on öljyn alla olevaa, vettä hylkivää kaksoissuperlyofobista pintamateriaalia vasten. Kuva: Xuelin Tian, Robin Ras.

Jos kaadat hieman vettä uudelle teflonpannullesi, pisarat eivät pysy paikallaan. Pannu ei kostu ollenkaan vaan vesipisarat palautuvat ruisleipää muistuttavaan muotoon. Jos taas kaadat vähän öljyä pannulle, se pysyy siinä hieman paremmin, koska – toisin kuin vesi – öljy pystyy hieman kostuttamaan pannun pintaa.

Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uusia pintamateriaaleja, joita sekä veden että öljyn on erittäin hankala kostuttaa. Monet jo käytettävät pinnoitteet tarvitsevat ilmaa nesteen ja kiinteän pinnan väliin näiden erottamiseksi toisistaan. Nyt kehitetyt uudet pintamateriaalit eivät tätä tarvitse, joten ne toimivat öljy- ja vesipisaroita hylkivästi myös silloin, kun toinen neste on jo ne peittänyt.

Aalto-yliopistossa kehitetyt uudet kaksoissuperlyofobiset pinnat hylkivät sekä vettä, silloin kun ne ovat öljyn peittämiä, että öljyä, kun pintoja peittää vesi. Tähän asti tutkijat ovat pitäneet näitä toisiaan poissulkevina ominaisuuksina, joiden ei pitäisi olla mahdollisia samalla pinnalla.

Erilaisia sovelluskohteita

”Jo nyt monissa eri sovelluksissa hyödynnetään sitä, että pinnat toimivat eri tavoin öljyn ja veden kanssa. Uutta tapaamme suunnitella pintoja voidaan hyödyntää monissa eri yhteyksissä. Tekniikan avulla voidaan tehdä esimerkiksi itsestään puhdistuvia ja likaa hylkiviä pintoja”, kertoo Xuelin Tian. Tian oli Aalto-yliopistossa tutkijatohtorina ennen siirtymistään professoriksi Kiinaan Sun Yat-Sen -yliopistoon.

Nestettä hylkivät pinnat ovat hyvin tärkeitä useilla aloilla. Esimerkiksi meriteollisuus käyttää äärimmäisen voimakkaasti öljyä hylkiviä pintamateriaaleja estääkseen öljysaasteita tai pieneliöitä likaamasta vedenalaisia pintoja. Toisaalta jos pintamateriaali on erittäin voimakkaasti vettä hylkivä myös öljyn alla, kosteus pinnalla vähenee ja tämä vähentää ruostumista.

”Tällaisia pintamateriaaleja voi pitää ympäristöherkkinä materiaaleina, mikä tarkoittaa, että pinnan kostuvuus muuttuu sen mukaan, minkä nesteen kanssa se joutuu ympäristössään tekemisiin. Toisin kuin muut ympäristöön reagoivat pinnat, uudenlaiset pinnat eivät perustu orgaaniseen molekyyliuudelleenmuunteluun, mikä antaa mahdollisuuden tehdä uudella tavalla älykkäitä materiaaleja. Kun pintoja käsitellään huokoisina, niitä voidaan käyttää sekä öljy-vesiemulsioiden että vesi-öljyemulsioiden erotteluun. Nykyiset öljyä ja vettä erottelevat materiaalit toimivat vain yhden emulsiotyypin kohdalla”, kertoo apulaisprofessori Robin Ras Aalto-yliopistosta.

Kaksi suunnittelutapaa

Tutkijat ehdottavat materiaalien suunnitteluun kahta tapaa, jotka perustuvat nestetäyttämiseen ja kiinteään komposiittirajapintaan. Tavat johtavat pysyvään ilmattomien öljy- ja vesikalvojen muodostumiseen pintakuviossa. Tällaiset nestekalvot mahdollistavat sekä öljynalaisen superhydrofobisuuden, vedenhylkivyyden öljyn alla, että vedenalaisen superoleofobisuuden, öljynhylkivyyden veden alla.

Pinnat on valmistettu yhdistämällä topografian muuntelu siihen tarkasti sopivaan pintakemiaan. Tutkimustulos on äskettäin esitelty Advanced Materials -julkaisussa.

 

Lisätietoja:
Apulaisprofessori Robin Ras
[email protected]
050 432 6633
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Artikkeli:
Xuelin Tian, Ville Jokinen, Juan Li, Jani Sainio, Robin H. A. Ras: Unusual Dual Superlyophobic Surfaces in Oil-Water Systems: The Design Principles.  Advanced Materials 2016.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Asa-Marie Kultima, Aalto-yliopiston rehtorin tehtävän 8.10. valtaava lukiolaistyttö Rovaniemeltä kuvattuna kaupunkinäkymässä. Kuva Aaro Keipi
Mediatiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

17-vuotias Asa-Marie Kultima valtaa rehtorin tehtävän päiväksi Girls Takeover -tempauksessa

Lokakuun alussa tyttöjen, nuorten ja teknologian ”superviikolla” järjestetään myös kaikille avoin Shaking up Tech -tapahtuma ja valitaan nuorten innovaatiokilpailun voittaja.
space key touch guard
Mediatiedotteet Julkaistu:

Kuvanveistäjä teki kuparista mikrobit torjuvan, taskuun sopivan kosketussuojaimen

Suojainta voi käyttää esimerkiksi vessanpöntön kansiin, vääntölukkoihin ja ovenkahvoihin tarttumisessa. Käytön jälkeen se sujahtaa suojakoteloonsa, jossa kupari tappaa pinnalle mahdollisesti tarttuneet taudinaiheuttajat.
Jaana Vapaavuori (left) and Konstantinos Daskalakis (right)
Mediatiedotteet Julkaistu:

EU:lta miljoonarahoitus älykkäiden materiaalien ja uuden sukupolven ledien tutkimukseen

Apulaisprofessori Jaana Vapaavuoren ja tutkijatohtori Konstantinos Daskalakisin hankkeet parantavat rakennusten ja valaistuksen ympäristöystävällisyyttä.
Rehtori Ilkka Niemelä pitää lukuvuoden avajaispuhetta verkon välityksellä.
Mediatiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Rehtori Ilkka Niemelä: ”Kärsinyt talous ei kaipaa jälleenrakentamista, vaan uudelleen rakentamista kestävän kehityksen perustalle"

Lukuvuoden avajaisissa puhuivat myös tiede- ja kulttuuriministeri Annika Saarikko ja ylioppilaskunnan puheenjohtaja Olli Kesseli. Avajaiset toteutettiin virtuaalisesti.