Lepkeszárny szolgált mintául a víztaszító szilíciumhoz

Egy lepke szárnyát használták mintaként a kutatók ahhoz, hogy a szilíciumnak tartósan víztaszító felületet biztosítsanak. Ugyanúgy, mint a természetből vett minta esetében, itt is apró árkok, pórusok és kúpok szolgálnak levegőcsapdaként. Ez a levegő pufferként hat az anyag és a víz között, és megakadályozza a felület benedvesedését. Általában az ezen az elven előállított anyagok nagyon érzékenyek a külső károsító tényezőkkel szemben, ezért nem marad meg sokáig ez a védőfunkciójuk. Most azonban egy olyan víztaszító felületet készítettek, amely több mint egy évig stabil maradt.

Az ausztrál fecskefarkú lepke (Papilio ulysses) világító kék szárnyai nemcsak csillogásukról ismertek, hanem rendkívül víztaszítóak is. A cseppek leperegnek a felületükről anélkül, hogy nedvesség vagy más nyom maradna utánuk. Ez a szárnypikkelyek bonyolult felépítésének köszönhető, amelyeket több rétegben egymás fölött elhelyezkedő apró struktúrák alkotnak.

Ennek a bonyolult szerkezetnek az utánzásához a tudósok szokatlan módszert választottak: a szilícium áramkörök maratásánál fellépő hibákat használták fel a finom nanoformák előállításához.

„A maratás során gyakran lyukak és kiemelkedések jönnek létre a finom vájatok mentén, ami ezek károsodásához is vezethet” – magyarázta Sang Yun, a Svéd Királyi Műszaki Intézet munkatársa. Emellett a maratáskor gyakran nemkívánatos hullámok keletkeznek az anyagban. Éppen ezeket a hibákat idézték elő tudatosan, hogy egy szilíciumdarabon létrehozzák a kúpokat, pórusokat és árkokat. 

A kutatók szerint az így előállított szilíciumfelület ugyanolyan víztaszító, mint a természetből vett mintája, a lepkeszárny. Könnyen gyártható hagyományos eljárásokkal, ezért elektronikai alkatrészekhez nagyobb ráfordítás nélkül alkalmazható. Ez a felület a kémiai szenzorokat, a számítógépchipeket és más elektronikai alkatrészeket jobban védi a káros környezeti hatásoktól, így hosszabb életűvé teszi azokat.

A maratással kialakított szilíciumfelület egy olyan rácsszerkezethez hasonlít, ahol a méhsejtek élei mentén apró oszlopok sora helyezkedik el. Az oszlopok és a méhsejtek belső oldala 25 nm-es pórusokkal és púpokkal van tele.

„A nanoméretű oszlopok nyitott levegőcsapdáknak tekinthetők, míg a nanoméretű pórusok zárt csapdák” – magyarázták a kutatók. Az oszlopok közötti levegő könnyebben juthat be, de gyorsan ki is áramolhat. A bent, a méhsejtek belső falainál megrekedt levegő ezzel szemben erősebben kötődik, és megakadályozza, hogy az apró árkok megteljenek vízzel.

A szilíciumstruktúra víztaszító hatásának tesztelésére a kutatók többek között vízcseppeket hullattak különböző magasságokból az anyagra. „A 10 cm-es magasságból érkező vízcseppek egyszerűen rugalmasan visszapattantak” – jelentették Yun és munkatársai. A finoman porlasztott köddel való benedvesítés során is lepergett a víz.

A víztaszító tulajdonságon kívül a nanostruktúra különleges optikai jellemzőket is kölcsönzött a szilíciumnak. A felület majdnem teljesen elnyelte a láthatónál alig nagyobb hullámhosszúságú fényt.

(American Institute of Physics, 2011.12.30.)

Forrás: www.scinexx.de

Garamvölgyi Ágnes