به کار گیری لیزر در ساخت سطوح فلزی آبگریز، جاذب نور و خود تمیز شونده

به کمک باریکه‌ی یک لیزر بسیار پرقدرت، دانشمندان دانشگاه روچستر در آمریکا ساختار نانویی ایجاد کردند که امکان تغییر رنگ سطح فلز را به سیاه فراهم کرده و خشک نگه داشتن و تمیز کردن آن را تسهیل می‌کند. این سطوح مقاومت زیادی در برابر یخ زدن و زنگ زدگی فلز و جذب بهتر گرما یا حتی انتقال آن به مواد دیگر دارند، بنابراین در زمینه‌ی الکترونیک ضد آب کاربرد بسیاری خواهد داشت.

البته تاکنون پوشش‌های ابرآبگریز بسیاری ارائه شده که می‌توانند از زنگ زدگی سطح فلز یا کثیف شدن لباس‌ها جلوگیری کنند، اما این پوشش‌ها بر مبنای مواد شیمایی هستند که در نهایت از روی سطح پاک می‌شوند و سطح اصلی آلوده و زنگار آلود خواهد شد.

به کمک این روش جدید که پروفسور چونلی گو به همراه همکارانش در دانشگاه روچستر توسعه داده‌اند می‌توان امیدوار بود که به زودی شاهد سطوح ابرآبگریز ذاتی و بادوامی خواهیم بود که مقاومت بالایی را برای فلزات در برابر آب خواهند داشت. این دستاورد به کمک لیزر فمتوثانیه‌ای امکان پذیر شده است و می‌تواند در مدت بسیار کوتاهی (تنها راهنمایی برای درک این موضوع توجه به مقیاس "فمتو" است) انرژی بسیار زیادی را به سمت هدف شلیک کند. این انرژی به حدی زیاد است که می‌تواند سطح فلز را با کندن ساختار‌های نانو و میکرو به گونه‌ای تغییر دهد که خواص سطحی آن نیز به شدت تغییر پیدا کند (احتمالا تاکنون مطالبی در مورد علت آبگریز بودن برگ نیلوفر آبی که مشابه این روش است خوانده‌اید).

پیش از این پروه توانسته بود با موفقیت از این روش برای ایجاد سطوح آبدوست فلزی استفاده کند، موفقیت این روش در حدی بود که قطره‌ی آبی که روی آن قرار می‌گرفت به سمت بالا شروع به حرکت می‌کرد. در پژوهش حاضر این پژوهشگران از روشی مشابه برای انجام کاری کاملا عکس پژوهش پیشین خود استفاده کرده‌اند. آن‌ها توانسته‌اند با کمک لیزر فمتوثانیه‌ای و اعمال آن روی فلزات پلاتینیوم، تیتانیوم و نمونه‌های برنجی ساختار سطحی آن‌ها را تغییر داده و با ایجاد شیارهای میکروسکوپی که ساختارهایی 5 تا 10 نانومتری را تشکیل می‌دادند سطوح‌ها را به شکلی خود تمیز شونده و کاملا آبگریز بدل کنند، ساختاری که به نوعی از نیلوفر آبی الهام گرفته شده بود. نتیجه‌ی کار ماده‌ای کاملا سیاه رنگ بود که آب را به شدت دفع می‌کرد.

برای آزمودن خواص خودتمیزشوندگی این ساختار این تیم از گرد و غبار یک جاروبرقی معمولی استفاده کرده و سطح فلز را با آن آلوده کردند. به گفته‌ی این محققان تنها سه قطره آب کافی بود تا بتوان نیمی از آلودگی‌های نشسته روی فلز را پاک کرد. در دنیای واقعی چنین سطحی تنها با نشست قطرات باران، شبنم یا مه می‌تواند خود را به شیوه‌ای بسیار سریع و موثر تمیز کند و در نهایت سطحی خشک و عاری از هر آلودگی را به دست دهد.

چنین فناوری‌هایی به خصوص برای کشور‌های در حال توسعه یا توسعه نیافته‌ای چون کشور ما که منابع آبی بسیار اندکی در دسترس دارند بسیار کارا و موثر خواهد بود چرا که تمامی سطوح به خودی خود با بارش باران یا شبنم صبحگاهی تمیز خواهند شد. ترکیب ویژگی جذب نور بالا و آبگریزی نیز می‌تواند به ساخت جاذب‌های گرمایی خورشیدی خودتمیز شونده منجر شود که به خصوص برای کشورهای چون ایران که از دسترسی به انرژی خورشیدی بالایی برخوردارند بسیار مناسب و کارا خواهد بود.

این تیم هم اکنون در حال بررسی روش اعمال این فناوری روی سطوح دیگر غیر فلزی است که می‌تواند در نهایت به الکترونیک ضد آب بیانجامد. البته برای استفاده از این فناوری در دنیای واقعی نیاز به ارائه‌ی روش‌هایی برای بزرگ سازی این فناوری در مقیاس صنعتی با بازده مناسب است. با فناوری فعلی برای تغییر سطحی به بزرگی 2.5 در 2.5 سانتی متر مربع به یک ساعت زمان نیاز است.

نتایج این پژوهش در نشریه Journal of Applied Physics به چاپ رسیده است.