Πώς θα ήταν ο κόσμος άραγε εάν όλα ήταν αδιάβροχα; Φανταστείτε για λίγο έναν τέτοιο κόσμο: η μπλούζα σας δεν θα λερωνόταν ποτέ από την κέτσαπ που ρίξατε. Το κινητό σας θα δούλευε ακόμα παρά το γεγονός ότι έπεσε κατά λάθος καφές πάνω του. Τα παπούτσια σας δεν θα μούσκευαν ποτέ από τη βροχή και η λάσπη στο δρόμο δεν θα ήταν πρόβλημα.Ε,λοιπόν ο κόσμος αυτός υπάρχει…ή τουλάχιστον υπάρχουν τέτοια υλικά που αντιστέκονται στην απορρόφηση. Πρόκειται για μια κατηγορία υλικών που χαρακτηρίζονται ως υπερυδρόφοβα!
Το φαινόμενο του λωτού και η υπερυδροφοβικότητα
Τα υπερυδρόφοβα υλικά είναι μέσα που όχι μόνο δεν απορροφούν το νερό,αλλά το απωθούν κιόλας!Τι σημαίνει αυτό; Ότι κάθε φορά που το νερό ή οποιοδήποτε άλλο υγρό προσπίπτει πάνω τους, τότε το υγρό αναπηδάτε ολοκληρωτικά ή με τη μορφή σταγόνων.Και αυτό συμβαίνει χωρίς να σχηματιστεί κανένας λεκές και καμία υγρασία στην επιφάνεια! Η ανάπτυξη ή η μετατροπή υλικών σε υπερυδρόφοβα αποτελεί μια καινοτομία για τον άνθρωπο,όχι όμως για τη φύση. Στην πραγματικότητα αποτελεί ένα καίριο παράδειγμα βιομιμιτικής, όπου οι επιστήμονες μιμήθηκαν για τη φύση και συγκεκριμένα τα φύλλα του λωτού.
Η υπερυδροφοβικότητα συναντάται στη φύση σε ορισμένα φυτά,όπως ο λωτός,από όπου πήρε το όνομα του και το αντίστοιχο φαινόμενο. Ο λωτός αποτελεί ένα είδος νούφαρου που φυτρώνει σε βαλτώδεις λίμνες.Παρά το περιβάλλον στο οποίο αναπτύσσεται,τα φύλλα του είναι εξαιρετικά καθαρά.Τόσο καθαρά, ώστε ο λωτός να αποτελεί σύμβολο καθαρότητας και αγνότητας στην Ινδία.
Ο λόγος για τον οποίο ο λωτός δεν λερώνεται από το βαλτώδες περιβάλλον αποδίδεται στην ιδιόμορφη μικροδομή και νανοδομή της επιφάνειας των φύλλων του. Συγκεκριμένα, με βάση τις φωτογραφίες που τραβήχτηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο,μπορούμε να δούμε ιδιαίτερους δομές όπως πολύ μικρούς κυλινδρικούς σχηματισμούς. Οι σχηματισμοί έχουν διαστάσεις στη μίκρο και νανο-κλίμακα (όπου 1nm=0,001 μm=10-9m !) και συμβάλλουν στη συνολική μορφολογία της επιφάνειας. Έτσι η επιφάνεια χαρακτηρίζεται από μια τραχύτητα που δεν είναι ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Χάρη στην τραχύτητα οποιαδήποτε σταγόνα νερού ή λάσπης που πέφτει πάνω στο φύλλο έχει μικρή επιφάνεια επαφής και κυλάει,παρασέρνοντας μάλιστα οποιαδήποτε βρωμιά ή σκόνη.Με αυτόν τον τρόπο τα φύλλα του λωτού όχι μόνο δεν λερώνονται αλλά τελικά αυτο-καθαρίζονται !!!
Υπερυδρόφοβα υλικά: από το λωτό σε καθημερινές εφαρμογές
Αφού το κλειδί για το φαινόμενο του λωτού είναι η τραχύτητα των φύλλων στη νανοκλίμακα, η γεωμετρία σχεδόν οποιασδήποτε επιφάνειας μπορεί , εάν διαμορφωθεί κατάλληλα, να οδηγήσει σε υπερυδρόφοβο υλικό. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους:
- κατά την ανάπτυξη της επιφάνειας του υλικού
- με τροποποίηση της επιφάνειας ενός ήδη ανεπτυγμένου υλικού
Κατά την ανάπτυξη ενός υλικού, εάν σχηματιστούν δομές που επιτρέπουν μικρή γωνία επαφής της σταγόνας ενός υγρού με αυτή,όπως στο λώτο,τότε έχουμε υπερυδρόφοβη επιφάνεια.Αυτό έχει επιτευχθεί σε ορισμένα υλικά(π.χ. πλαστικό PVC) που αναπτύχθηκαν με μεθόδους χημικής εναπόθεσης ατμών ή επιταξίας μοριακής δέσμης.Παρόλα,δεδομένου ότι η ολοκληρωτική ανάπτυξη ενός υλικού εμπεριέχει πολλά στάδια τα οποία ίσως καταστρέψουν τη γεωμετρία της επιφάνειας ή είναι κοστοβόρα,ο τρόπος αυτός για τη δημιουργία υπερυδρόφοβων υλικών δεν είναι διαδεδομένος.
Πιο διαδεδομένη είναι η τροποποίηση της επιφάνειας ενός ολοκληρωμένου συμβατικού υλικού. Η τροποποίηση αυτή γίνεται πάρα πολύ απλά και μάλιστα μπορεί να γίνει από τον οποιοδήποτε από εμάς! Συγκεκριμένα, στο εμπόριο κυκλοφορούν πλέον ειδικά σπρέι(Ultra ever dry,Neverwet,Rain-works,κ.α.) τα οποία καθιστούν οποιαδήποτε σχεδόν επιφάνεια υπερυδρόφοβη. Έτσι τα υπερυδρόφοβα υλικά και οι υπερυδρόφοβες επιφάνειες αποτελούν όχι μόνο πραγματικότητα αλλά και καθημερινότητα.
Στην Αμερική ο Peregrin χρησιμοποιεί τέτοιου είδους σπρέι για να γράφει μυστικά μηνύματα στα πεζοδρόμια(αριστερή εικόνα),τα οποία αποκαλύπτονται όταν βρέχει.Στη Γερμανία πάλι (δεξιά εικόνα), αξιοποίησαν το φαινόμενο του λωτού λίγο διαφορετικά. Ειδικότερα,ψέκασαν δημόσιους τοίχους με υπερυδρόφοβα σπρέι για να αντιμετωπίσουν παραβάτες που…ουρούσαν εκεί. Λόγω της υπερυδροφοβικότητας, οι τοίχοι πλέον επαναστατούν απωθώντας προς τα πίσω τα ούρα των παραβατών.
Φαίνεται πώς τα υπερυδρόφοβα υλικά έχουν έρθουν για τα καλά στη ζωή μας! Αν και στην Ελλάδα δεν είναι τόσο εμπορικά, σύντομα τέτοιες ενέργειες θα δούμε και εδώ. Όσο αναφορά το μακρύτερο μέλλον, περαιτέρω ανάπτυξη της σημερινής τεχνολογίας των υλικών θα επιτρέψει εφαρμογές ευρύτερης κλίμακας (κινητά τηλέφωνα, ηλεκτρονικές συσκευές) ή και εφαρμογές μεγαλύτερης κλίμακας (κτίρια,αυτοκίνητα,ιστορικά μνημεία).
