Изучение влияния газовых нано- и микроразмерных структур на водо- и льдорепеллентные свойства поверхности

Гидрофобные и супергидрофобные свойства поверхности имеют ключевое значение для огромного числа технологических и природных процессов, включая, в частности, коррозию и обледенение конструкционных материалов, биологические системы и т.п., однако механизм соответствующих поверхностных явлений изучен пока совершенно недостаточно. Придание заданных гидрофобных,самоочищающихся, противотуманных, льдорепеллентных свойств поверхностям конструкционных и функциональных материалов является остро актуальной задачей, требующей понимания явлений на поверхности твердых материалов и межфазных границах с водой и (влажной) атмосферой. Супергидрофобные покрытия, которые имеют не только «гидрофобный» химический состав, но и микро- и наноразмерный рельеф, трудно сделать механически устойчивыми и долговечными. Кроме того, во влажном воздухе нуклеация воды и льда может происходить в углублениях, а сцепление образующейся пленки с сильно шероховатой поверхностью только возрастает. Перспективным выглядит комплекс методов, известных под аббревиатурой SLIPS (J.Aizenberg и др.), предполагающих импрегнирование текстурированных поверхностей жидкими лубрикантами, когда, фактически, создается межфазная граница жидкость (лубрикант) – жидкость (водная или иная фаза) с гораздо меньшей адгезией фаз, чем твердое-жидкость. Ограничения метода связаны, прежде всего, с постепенным вымыванием из пор лубриканта; создать пористость поверхности не всегда просто или допустимо. Идея настоящего проекта заключается в формировании, по сути, границы газ-жидкость за счет поверхностных газовых наноструктур. Предположения о существовании газовых пузырьков на гидрофобных поверхностях как причине дальнодействующих гидрофобных сил притяжения были впервые высказаны в середине 1990-х годов. В 2000 г. впервые опубликовано АСМ изображение нанопузырьков. Большинство работ по изучению нанопузырьков выполнены на ВОПГ с помощью метода «смены растворителя» и атомносиловой микроскопии и спектроскопии (АСМ/АСС). Существование, широкое распространение и основные свойства газовых наноструктур на сегодня доказаны и другими методами; не вызывает сомнений их принципиальная важность для межфазных процессов (Langmuir 2016, V.32, no.43). До сих пор, однако, не ясен механизм стабилизации и имеются серьезные методические проблемы с воспроизводимым получением и исследованием нанопузырьков. Совсем недавно An et al. предложили «одностадийное» получение нанопузырей, используя контакт холодной воды и «горячей» подложки ВОПГ без дополнительных реагентов. Разность температур подложки и среды представляется чрезвычайно обещающим методом получения нанопузырьков для изучения в контролируемых условиях, и, вероятно, является причиной их возникновения в реальных системах. Актуальность и новизна предлагаемой работы заключается в исследовании как фундаментальных основ поверхностных явлений с участием наноразмерных пузырьков, так и создания водо- и льдорепеллентных покрытий применимых к широкому кругу конструкционных материалов, включая линии электропередач, транспорт, конструкции и сооружения, подверженные обледенению, особенно при эксплуатации в регионах РФ с арктическим и субарктическим климатом.