Исследование поверхностных структур пленок, образованных нанопокрытием с «эффектом лотоса» Автор: Емельянов Артур Алексеевич, МОУ лицей, 11 класс Тринадцатая научная конференция «Шаг в будущее, Москва» Научный руководитель: Кульгашов Евгений Владимирович Место работы научного руководителя: Научно-образовательный центр "Нанотехнологические системы и наноэлектроника" (сокращённо НОЦ "Наносистемы" кафедры ИУ4) лаборант-исследователь Москва, 2011

Введение На данный момент, использование нанопокрытий в повседневной жизни становится достаточно распространенным. Пленочные нанопокрытия используются в автохимии (отталкивают влагу, грязь и брызги, попавшие на стекло битум, растительные смолы, масляную пленку, прилипших насекомых и т.д.), в домашнем быту (защищают и очищают кожу, текстиль, пластик, стекла, керамику от грязи, влаги, жирных субстанций), в промышленности (защищают и очищают бетон, камень, медь, алюминий, оконные стекла зданий). Полученные сведения полезны для рассмотрения физико- химических свойств поверхности после обработки данными покрытиями, при разработке методов создания структурной модели полимерного покрытия, способов нанесения, а также улучшения физико-химических свойств самих веществ.

Цель, актуальность, объект исселедования Объектом для исследования являлись пленки, образованные нанопокрытием с «эффектом лотоса», после нанесения их на стеклянную подложку и последующего высыхания. Цель исследования получение практических и теоретических сведений о структуре поверхности нанопленок, образованных защитным покрытием с «эффектом лотоса». Актуальность темы очевидна, т.к. защитные нанопокрытия все более широко используются в быту и промышленности, помогая продлить срок службы устройств и покрытий, способствуя более быстрой очистки поверхности от загрязнений, снижению расхода моющих средств и т.д.

Решаемые задачи а) В рамках исследования рассматривались физико-химические свойства защитной нанопленки. б) Проводился анализ и обобщение результатов исследования поверхностных структур исследуемых пленок на наноуровне путем сравнения сканов пленок, нанесенных разными способами. Образцы сравнивались между собой: «Покрытие» – «Грунтовая очистка + покрытие»

Водоотталкивающие свойства лотоса Очевидно, что лотос является одним из важнейших символов Востока и не только. История почитания лотоса очень интересна, но для современности важнее то, что он действительно обладает необычными физико- химическими свойствами. Благодаря особому строению и очень высокой гидрофобности его листьев и лепестков цветы лотоса остаются удивительно чистыми именно это поражало наших далёких предков. Цветок, возникший в грязном болоте и оставшийся чистым, незапятнанным, просто не мог не стать символом.

Способы получения покрытия с «эффектом лотоса» Первое из них создано в Японии – это тончайшая пленка с выступами и впадинами. Секрет метода создания пленки в том, что в среду вводят микрочастицы органокремниевых соединений (полиорганосиланы), причём они могут содержать фтор (фторалкилсилан), а могут и не содержать. Другой метод основан на использовании электрохимического способа. Используются при этом никель и тефлон.

Принцип работы «эффекта лотоса» Капля воды, попав на нанотраву, не может проникнуть между нанотравинками, так как этому мешает высокое поверхностное натяжение жидкости. Ведь для того, чтобы проникнуть между нанотравинками, капле надо увеличить её поверхность, а это необходимы дополнительные энергетические затраты. Поэтому капля «парит на пуантах», между которыми находятся пузырьки воздуха.

Образование защитного слоя Наночастицы, после нанесения их на поверхность, самоорганизуются в тончайшую пленку и прочно сцепляются с обработанной поверхностью. Приблизительно через сутки (для гладких поверхностей и тканей) или через двое (для пористых поверхностей) формирование покрытия окончательно завершается и оно полностью проявляет свои антиадгедиозные (антиприлипающие) свойства. В результате нанесения нанопленки энергия поверхности настолько снижается, что жидкость и грязь не могут на ней удержаться и просто скатываются по ней. На вид и на ощупь поверхность остается прежней, ее воздухопроницаемость также не изменяется.

ПАВ Поверхностно-активные вещества (ПАВ) химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю.

Изоприловый спирт Изопропиловый спирт, пропанол-2, изопропанол, диметилкарбинол, ИПС простейший вторичный одноатомный спирт алифатического ряда. Существует изомер изопропанола 1- пропанол. Химическая формула изопропилового спирта: CH 3 CH(OH)CH 3.

Состав и указания по безопасности Производитель определяет смесь как органо- функциональную поликремневодородну ю систему. В составе нанопокрытия более 20 %, но менее 100 % занимает изоприловый спирт. Физические и химические свойства жидкости обусловлены свойствами спирта.

Нанесение нанопокрытий на подложку Мною было использовано нанопокрытие для стекла. Нанесение покрытия и грунтовки на подложку происходит путем распыления вещества из баллончика, что обеспечивает равномерное покрытие. Время высыхания 3 часа при нормальных условиях (давление 760 мм рт. ст., температура 20 – 25 С). По инструкции, перед нанесением покрытия, на поверхность необходимо нанести грунтовку (для очищения). Для исследования подготовлены два образца: Грунтовка + нанопокрытие. Нанопокрытие без грунтовки. Исследуемые образцы не имеют внешних различий. Предварительно стандартная подложка разделена на две части для соответствия размеру Solver.

Исследование подложки «Грунтовка + покрытие» В процессе сканирования зонд оставляет за собой след в виде канавки при проходе по образцу в направлении сканирования, что свидетельствует о непрочности покрытия, образованного пленкой.

Исследование подложки «Грунтовка» На скане видно, что покрытие неравномерное, без выраженного «эффекта лотоса». Покрытие наносилось без предварительного очищения подложки грунтовой очисткой.

Вывод В этой исследовательской работе, на СЗМ Solver p47-pro, были рассмотрены образцы нанопокрытия, полученные в результате нанесения грунтовой очистки и препарата с «эффектом лотоса», и проведено их сравнение. Нанесение препарата по инструкции гарантирует гидрофобность обрабатываемой поверхности, что легко заметить при смачивании поверхности водой.