Yhteisen testausmenetelmän puute hidastaa itsepuhdistuvien ja jäätymättömien materiaalien kaupallistamista

Vesipisarat vierivät superhydrofobisella pinnalla. Veteen upotettu superhydrofobinen pinta aiheuttaa hylkivyydellään veteen painauman, ja veden alla oleva pinta heijastaa peilimäisesti, koska veden ja superhydrofobisen pinnan välillä on mikroskooppinen ilmakerros. Kuva Mika Latikka / Aalto-yliopisto

Superhydrofobisten eli erittäin vettähylkivien materiaalien testausmenetelmät tulisi yhdenmukaistaa, jotta tieto materiaalien kestävyydestä olisi luotettavaa ja vertailukelpoista.  Näin esimerkiksi itsepuhdistuvien ja jäätymättömien materiaalien tutkimustyötä päästäisiin laajamittaisesti soveltamaan kaupallisissa tuotteissa, esittävät Aalto-yliopiston tutkijat arvostetun Science-lehden kirjoituksessa.

Nykyisin tutkimusryhmät ympäri maailmaa käyttävät monenlaisia testejä tutkiessaan superhydrofobisten materiaalien kestävyyttä ja kulumista. Tutkijat ovat käyttäneet pintojen testaukseen muun muassa edestakaista hankausta, pyörivää hankausta, hiekkapuhallusta ja vesisuihkua. Eri menetelmillä saatuja tuloksia ei kuitenkaan voi vertailla keskenään, mikä vaikeuttaa parhaiden materiaalien löytämistä sovelluksiin.

– Siksi ehdotammekin, että tutkijat alkaisivat käyttää standardoitua menetelmää testatessaan vettähylkivien materiaalien kulumista ja kestävyyttä.  Mielestämme paras yleismenetelmä olisi materiaalin edestakainen hankaus erimerkiksi hiekkapaperilla. Testiä varten tulisi tietysti määritellä hankauksen paine, hankausmatka ja käytettävät hankausmateriaalit, kertoo professori Robin Ras.

(A) Kulutustesti edestakaisella hankauksella. (B) Superhydrofobisella pinnalla vesipisara vierii lähes vastuksetta, koska veden ja superhydrofobisen pintakuvion väliin jää ohut ilmakerros. (C) Pisara jää kiinni vahingoittuneeseen pintakuvioon.

Ehdotetun menetelmän etuna on muun muassa testausmateriaalien helppo saatavuus sekä testilaitteiston yksinkertainen rakenne.

– Kulutustesti yksin ei kuitenkaan vielä riitä selvittämään sitä, miten kulutus on vaikuttanut materiaalin vedenhylkivyyteen. Tarvitaan vielä oikeanlaiset mittaukset vesipisaroilla, jotta pinnan kestävyys voidaan arvioida, selvittää tohtorikoulutettava Tuukka Verho.

Pinnan superhydrofobisuutta mitataan usein vesipisaran muodon perusteella eli sillä, kuinka pallomaisen pisaran vesi muodostaa pinnalle. Tämä niin sanottu staattinen kontaktikulma ei tutkijoiden mukaan kuitenkaan kerro riittävästi kulumisen vaikutuksista, sillä usein vesi pisaroituu kuluneelle pinnalle hyvin mutta ei enää valu helposti pinnalta pois. Siksi tutkijat kehottavat mittaamaan aina myös pisaran liikkuvuutta esimerkiksi kallistustestillä.

Tutkijat toivovat, että ehdotus herättää keskustelua superhydrofobisten materiaalien tutkijoiden keskuudessa, jotta testausmenetelmät saataisiin yhdenmukaistettua ja yritykset pääsisivät tuomaan sovelluksia markkinoille.  Edestakaisen hankaustestin lisäksi tarvitaan myös lisätestejä selvittämään muun muassa tekstiilien pesemisen vaikutuksia sekä ulkona käytettävien materiaalien säänkestävyyttä.

Lisätietoja:

Professori Robin Ras
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
p. 050 4326 633
[email protected]
Tutkimusryhmä: Soft matter and wetting

Tohtorikoulutettava Tuukka Verho
[email protected]
Aalto-yliopisto
Teknillisen fysiikan laitos
Tutkimusryhmä: Soft matter and wetting

Science-lehden kirjoitus “Moving superhydrophobic surfaces toward real-world applications”