نقوش نانوية على أسطح مضادة للماء تجعل قطرات الماء ترتد عنها ككرة تنس
سطح فائق الكراهية للماء يجعل قطرة الماء تتدحرج عليه مثل كرة
تحدث هذه الظاهرة لان الباحثة الدكتورة المهندسة حوليا كروكيت Julie Crockett وزملاؤها قاموا بابتكار قنوات نانوية فائقة الكراهية للماء super-hydrophobic وهي اسطح لا تبتل بسقوط الماء عليها.
لقد قضت المهندسة جوليا كروكيت عشرات السنوات في دراسة خواص الاسطح فائقة الكراهية للماء لما لها من تطبيقات كثير في حياتنا العملية. في حين ان هذه البحوث قد أدت الى منتجات تجارية مثل تلك الت تجعل ملابسنا لا تبتل من ماء المطر او منع الزيوت من التراكم على المواد المعدنية وتسبب مشاكل الا ان البحوث لازالت مستمر بقوة في هذا المجال للوصول إلى تطبيقات توفر حلول على نطاق واسع لمشاكل عديدة.
البحث الحالي والذي تم نشره في مجلة فيزياء الموائع Physics of Fluids قد توصلوا إلى أسطح ذات تراكيب مجهرية دقيقة مدمجة مع طلاء كاره للماء وفر مقاومة عالية للماء.
من التطبيقات المتوقعة لهذه الاسطح الفائقة الكراهية للماء هي على النحو التالي:
(1) الواح الخلايا الشمسية لا يمكن ان تتسخ ويمكنها ان تنظف نفسها ذاتيا عندما تتدحرج قطرات المطر عليها.
(2) الحفاظ على أدوات الحمام من صنابير مياه وغيرها لامعة بدون بقع مائية عليها.
(3) أجهزة طبية بيولوجية مثل الانابيب او الحقن التي تعمل على إيصال السوائل لداخل جسم المريض.
(4) طلاء اجسام السفن والغواصات والطربيدات حتى تعزل اجسامها عن مياه البحار والمحيطات.
(5) اجنحة الطائرات التي سوف تقاوم المياه اثناء التحليق في ظروف جوية ماطرة.
اخاديد دقيقة قطرها يصل لعشر قطر شعرة انسان تجعل الاسطح كارهة للماء
ومع كل هذه التطبيقات الا ان المهندسة كروكيت وزملاؤها يهدفون نحو مصادر طاقة نظيفة وأكثر كفاءة. تقريبا كل محطة طاقة في العالم تنتج طاقة من خلال حرق الوقود او الفحم او الغاز الطبيعي وينتج عنه بخار يعمل على تدوير التوربينات. وبمجرد ان تتم هذه العملية فان البخار يحتاج إلى أسطح لتكثف عليها ويعود إلى الحالة المائية مرة أخرى لتعود الدورة من جديد. اذا كانت اسطح التكثيف في محطات الطاقة مصنوعة من اسطح فائقة الكراهية للماء فان العملية ستصبح اسرع وتقلل كثير من تكلفة انتاج الطاقة.
الدكتورة المهندسة جوليا كروكيت تدرس ديناميكا الموائع على الاسطح الكارهة للماء
مع استخدام هذه الاسطح فان الماء لا يمكن ان يلتصق بجدران أسطح التكثيف وكلما زادت سرعة التكثيف تزداد دورة البخار والماء وهذا يعمل على زيادة كفاءة المحطة وتقليل تكلفة انتاج الكهرباء.
هناك نوعين من أنواع الاسطح التي أجريت عليها التجارب وهي أسطح بتراكيب مجهرية او أسطح تحتوي على اخاديد وشقوق يصل قطرها إلى عشر قطر شعرة الانسان.
تراكيب مجهرية نانوية تجعل الاسطح فائقة الكراهية للماء
لتصنيع هذه التراكيب الدقيقة على الاسطح استخدمت عملية تشبه عملية تحميض الأفلام التي تقوم بنقش اشكال على اسطح بحجم أقراص السي دي. ومن ثم تم إضافة طبقة رقيقة من مواد مقاومة للماء على هذه الاسطح مثل التيفلون واستخدمت كاميرا فائقة السرعة لتسجيل طريقة تفاعل الماء مع الاسطح عند سقوطه عليها بشكل قطرات وكذلك عند تدفق الماء عليها وعند تسخين الماء لدرجة الغليان عليها.
لقد لاحظ الباحثون بعض التغيرات الطفيفة في تفاعل الماء مع الاسطح عند تغيير في اتساع هذه الشقوق والاخاديد على الاسطح وكذلك زاوية جدرانها. كل هذه التجارب التي أجريت اكدت على ان الاسطح فائقة الكراهية للماء تقوم بدورها على أكمل وجه.
من الجدير بالعلم ان هذه الاسطح معروفة من قبل الا ان قطرات الماء او الماء المتدفق عليها يتصرف بطريقة لم تكن معروفة من قبل وتقول المهندسة كروكيت انه إذا لم تكون الظاهرة معروفة كيف تحدث فان استفادتنا منها لن تكون ذات قيمة.
http://phys.org/news/2014-05-super-waterproof-surfaces-ball.html#jCp
