Ученые выяснили, как сохранить устойчивость к скольжению у гладких покрытий

В лаборатории поверхностных сил подведомственного Министерства образования и науки России Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН проанализировали эволюцию тонкого слоя пропитки для «скользких покрытий с пропиткой» (SLIPS) при контактах с водной средой. Анализ поверхностных сил, действующих в этом тонком слое, показал, что во многих случаях он теряет термодинамическую устойчивость и разрушается.

Долговечность «скользких покрытий с пропиткой» и сохранение их функциональных, в том числе антиобледенительных, водоотталкивающих и антикоррозионных, свойств зависят от эволюции структуры смазочного слоя. Пока пленка сохраняет целостность, поверхность остается скользкой и сохраняет свои свойства.  Механические нагрузки приводят к истощению смазочного материала. Например, при отрыве от поверхности льда, снега или инея уносится часть смазки. 

Ученые показали, что на текстурированной подложке из гидроксида алюминия при контакте с водой происходит перераспределение и уменьшение толщины смазочного материала без разрушения пленки. Стабильные тонкие смачивающие пленки формировались на верхушках и стенках гребней. Избыток смазки вытеснялся в вогнутые мениски между гребнями.

«Толщина сохранившейся пленки кардинально влияет на смазывающую способность и функциональные свойства «скользких покрытий с пропиткой». Поэтому понимание термодинамической стабильности тонких и толстых слоев смазки поверх гладких и пористых поверхностей приобретает первостепенное значение, – рассказал старший научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН кандидат химических наук Кирилл Емельяненко.

– В этом исследовании мы проанализировали стабильность  пленок с позиции  вклада сил Ван-дер-Ваальса в расклинивающее давление.  Результаты позволят подбирать структуру поверхности и состав смазочного материала так, чтобы при контакте с жидкими и газовыми средами тонкий слой пропитки оставался более стабильным».

Устойчивые покрытия с водоотталкивающими, антиобледенительными и антикоррозионными свойствами востребованы в авиации, судостроении, энергетике и других областях, где кристаллизация атмосферных осадков на поверхности движущихся устройств приводит к их поломке, разрушению и даже аварии.

«Создание полетобезопасных технологий для авиации — одно из ключевых направлений для многих научных школ, – продолжает Кирилл Емельяненко. – Наша лаборатория давно занимается этой тематикой. Благодаря новым исследованиям мы сейчас намного глубже понимаем, как у «скользких покрытий с пропиткой» появляются и пропадают льдофобные свойства, и мы лучше готовы к их эффективному технологическому применению». Работа поддержана Российским научным фондом. Результаты исследования опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук.
Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия.
Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.