Dwa ciekawe doniesienia materiałowo-konstrukcyjne z zakresu technologii szkła pojawiły się w tym tygodniu. Oba inspirowane rozwiązaniami przyrody: chłodzeniem/grzaniem skóry przez sieć żył, superśliskością liści u owadożernych dzbaneczników.
W oba jest zaangażowany Harvard University we współpracy z innymi instytucjami.
W pierwszym przypadku (współpraca z University of Toronto) podpatrzono i częściowo skopiowano sprytne rozwiązanie regulacji temperatury u organizmów, przez sieci mikro-żyłek, które zwiększają lub zmniejszają swój przepływ (w szczególności przez kurczenie się całej tkanki) by rozpraszać lub zatrzymywać ciepło. Tak działa np. nasza skóra. Technologiczne naśladownictwo w tym przypadku dotyczy szkła, szyb: opracowano cienką folię z giętkiego (elastomer) przezroczystego materiału, by pokrywać nią szyby zachowując ich własności optyczne. Materiałem jest poli(dimetylosiloksan) (PDMS), a mikrokanaliki mają średnicę od skali mikro- do mili- metrów. W eksperymentach uzyskano redukcję temperatury o 7-9 st. C, na szybce 10x10cm, pompując wodę (w temperaturze otoczenia) z przepustowością 2 mililitrów / minutę. Zatem jest to system dość wydajny. W dodatku, temperaturę odzyskiwaną przez wodę można później wykorzystywać energetycznie do innych celów (może np. do pompowania wody). Takie podejście będzie szczególnie atrakcyjne przy panelach słonecznych, gdzie odzysk temperatury mógłby być wysoki. PDMS-ową powłokę łatwo zamontować w dowolnej konfiguracji na oknie (np. tylko częściowo), a własności wizualne można zmieniać przez stosowanie różnych pompowanych płynów.
{jumi [adv/advfront.php]}
Na pierwszy rzut oka, coś takiego powinno łatwo trafić na rynek, a nawet zainspirować rozwiązania w dziedzinach innych niż okna – np. chłodzenie ubrań, samochodów, betonowych ścian (?).
Drugie odkrycie jest inspirowane odpychającą (repellent, liquid-fobic) mikro-konstrukcją niektórych powierzchni owadożernych dzwoneczników, która „pomaga” zwabionym owadom wpaść do dzbanków z płynem trawiennym. Technologia nazywa się SLIPS (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) i była już opracowana i nagradzana wcześniej. Dokładniej, podobnie jak u dzbaneczników, była to kombinacja mikro-porowatego materiału i nasączenia specjalnym (w SLIPS teflono-podobnym) płynem, który ma tendencje do utrzymywania się w miejscu (samo-naprawianie). Jednak chodziło tu o niezależny od ostatecznego umieszczenia materiał, który trzeba było jakoś łączyć z docelową powierzchnią, który nie był przezroczysty i miał pewne limity trwałości. Był też dość drogi. Obecna, nowa wersja SLIPS to spory skok: zmienianie docelowych powierzchni tak, by same, trwale stawały się SLIPS. W przypadku szkła, uzyskuje się np. typowo przezroczystą szybę, po której perfekcyjnie spływa woda, oleje, ketchup, wino, farba, miód lub inne możliwe zabrudzenia, na której nie osadza się szron, śnieg, czy lód (99% redukcja osadzalności lodu w stosunku do zwykłego szkła), a także bakterie.
Jak to zrobiono? W zasadzie nano-technologicznie. Rozmieszczono równomiernie mikro-kuleczki styropianu na powierzchni szkła, po czym zalano je do połowy nową warstwą szkła, następnie wypalono styropian uzyskując mikro-kratery w rozłożeniu przypominającym plaster miodu. Na tak przygotowaną powierzchnię naniesiono ów specjalny teflono-podobny płyn SLIPS – tutaj również zachowujący się samo-naprawczo (tendencja do wracania molekuł do inicjalnej pozycji). Kluczowym elementem fobiczności i samo-naprawczości tego rozwiązania jest – jak mówią twórcy – właśnie struktura plastra miodu (wzmaga konserwacyjne własności płynu SLIPS). W przypadku szkła, konieczne było jednak zejście z wielkością mikro-kraterów do skali poniżej długości fal światła widzialnego – by zachować przezroczystość.
Ostatecznie uzyskano dość odporną (np. wytrzymującą sporo czynników zadrapanio-twórczych) powierzchnię szkła, o szerokich własnościach samo-czyszczących. Obecnie autorzy pracują nad przeniesieniem technologii na Plexiglas i nad lepszym pokrywaniem powierzchni zakrzywionych. Technologia ma potencjalnie mnóstwo przydatnych zastosowań, od optyki, przez narzędzia produkcyjne, czy systemy transmisji płynów, po budownictwo (np. dachy i śnieg), czy aeronautykę.
