Оптические дисплеи из воды и воздуха
Чтобы достигнуть чрезвычайной водоотдалкивающей способности листа лотоса, поверхность должна быть супергидрофобной. Она должна иметь микроскопические поверхностные структуры, которые полностью предотвращают смачивание, оставляя тонкий слой воздуха между водой и поверхностью. Когда такая поверхность погружена в воду, пойманный в ловушку воздушный слой покрывает всю поверхность и препятствует смачиванию.
Исследователи университета Aalto в Финляндии, Кембриджского университета и Кэмбриджского Исследовательского центра Нокиа (Nokia Research Center Cambridge) во главе с доктором Робином Расом изготовили поверхность со структурами двух размеров: микростолбики размером до десяти микрометров и крошечные нанофиламенты, которые возведены на столбиках. На такой двухуровневой поверхности воздушный слой может существовать в двух различных формах, которые соответствуют двум размерным шкалам. Исследователи обнаружили, что можно легко переключиться между двумя состояниями используя насадку для создания повышенного или пониженного давления в воде с целью изменения воздушного слоя, то есть его перехода в другое состояние. "В случае, если система нуждается в минимальной энергии для перехода в другое состояние, это бистабильная система, которая является, например, неотъемлемой частью устройств памяти",- говорит Научный сотрудник Академии доктор Робин Рас.
Существует особенность, которая делает все это более интересным: есть поразительный оптический контраст между состояниями, обусловленный изменением грубости водно-воздушной границы раздела. Объединенная с оптическим эффектом поверхность представляет собой бистабильный отражающий дисплей.
Переход приводит к изменению формы воздушного слоя, ну а с самой твердой поверхностью ничего не происходит. Это подтверждено, нанесением разнообразных изображений на поверхность под водой (за счет использования контраста между состояниями) и выниманием образца из воды: поверхность абсолютно сухая, и никаких следов письма на ней не остаётся.
Метод управления воздушным слоем при помощи насадки был развит Тууккой Верхо, аспирантом университета Aalto. Он смог показать, что обратимый переход может быть осуществлен с точностью пиксель к пикселю без изменения формы.
"Этот результат представляет собой первый шаг в создании платформ, с водонепроницаемой поверхностью для хранения или даже обработки информации",- говорит преподаватель Академии Олли Иккэла.
До сих пор подобные листу лотоса поверхности, главным образом, создавались как самоочищающиеся и антиобледененительные материалы. Это исследование - чудный пример того, как Природа учит материаловедов изучать функции материалов.
Статья, названная "Обратимое переключение между супергидрофобными состояниями на иерархически структурированной поверхности", опубликована в Слушаниях Национальной академии наук США (PNAS), и предоставляет более подробную информацию об этом проекте.