Группа российских ученых под руководством Людмилы Бойнович, главного научного сотрудника Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН, нашла способ управляемо менять структуру поверхности алюминиевых сплавов с помощью наносекундного лазера, чтобы защитить эти поверхности от нежелательного воздействия среды. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano, кратко о них сообщает пресс-релиз РНФ.
«Одной из самых замечательных научных находок начала XXI века является получение и применение супергидрофобных материалов и покрытий, которые благодаря своим уникальным свойствам быстро нашли очень широкое технологическое применение», – комментирует Людмила Бойнович. Сегодня такие покрытия используются в энергетике, авиационной промышленности, нефтегазовой отрасли, строительстве, текстильной промышленности. Однако супергидрофобные покрытия, получаемые самыми разными методами, имеют свою «ахиллесову пяту»: они неустойчивы к механическим нагрузкам и абразивным воздействиям. Долгое время казалось, что создать механически стойкие в условиях реальной эксплуатации супергидрофобные покрытия практически невозможно. Однако этот пессимистический взгляд был опровергнут исследовательской группой Людмилы Бойнович.
Эти работы позволили создать новую концепцию получения супергидрофобных защитных покрытий с применением лазерных технологий. Уникальный подход сочетает лазерное химическое модифицирование с лазерным текстурированием и химической функционализацией поверхности обрабатываемых материалов. В итоге меняется не только текстура, но и химические свойства поверхности. Подбор соответствующего режима лазерной обработки позволяет получать материалы с исключительными механическими и химическими свойствами.
На примере сплавов алюминия было показано, что лазерная обработка, с одной стороны, приводит к формированию на поверхности сплава значительных по толщине слоев гамма-оксида и оксинитрида алюминия. Это одни из наиболее механически и химически стойких соединений алюминия. С другой стороны, лазер позволяет формировать в поверхностном слое систему нанопор, в которых в процессе формирования покрытия запасаются гидрофобные (отталкивающие воду) вещества. При механическом повреждении поверхностного слоя материала пористый слой гасит механические нагрузки, а запасенные гидрофобные вещества в необходимом количестве переходят на поверхность материала и самопроизвольно «залечивают» его.
«Выполненные нашей группой работы не только привели к созданию материалов с уникальными водоотталкивающими свойствами, но и позволили преодолеть многие классические недостатки алюминиевых сплавов, такие как эрозия под абразивными нагрузками, слабая стойкость к ударным тепловым нагрузкам, склонность к точечной коррозии и слабая химическая стойкость в агрессивных жидких и газообразных средах», – комментирует руководитель исследовательской группы Людмила Бойнович.