مواد خود تمیز شونده (1)

ویژگی قابل توجه گیاه «نیلوفر آبی» در دفع آلودگی، الهام‏بخش ظهور دسته‏ای از فناوری‏ها و مواد خود تمیز شونده و ضدمیکروبی بوده است.

برآمدگى هاى میکروسکوپى بر روى برگ یک نیلوفر آبى، سطح مومسان آن را به سطحى ابرآب گریز تبدیل مى کند که به شدت دافع آب است. قطرات باران به آسانى در سراسر چنین سطحى غلتیده، هر گونه آلودگى را حذف مى کند.

محققان مواد مصنوعى خودتمیزشونده اى را تولید کرده اند که « اثر نیلوفر آبى‏» هستند. این در حالى برخى از آنها مبتنى بر است که دیگران، از خصوصیت متقابل یعنى ابرآب دوستى و واکنش هاى شیمیایى کاتالیستى بهره مى گیرند

محصولات آینده ممکن است دو ویژگى آ بدوستى و آ بگریزى را با یکدیگر ترکیب کنند و یا از موادى با قابلیت کلیدزنى استفاده کنند و به این شکل جریان مایعات را در اجزاى میکروسیالى کنترل کنند.

ویلیام بارتلات (کاشف و توسعه دهندة اثر نیلوفر آبى (از دانشگاه بُن آلمان، چشم اندازى از یک شهر منهتن خودتمیزشونده را مطرح نموده است که در آن یک باران کوچک، پنجره ها و دیوارهاى آسمان خراش ها را همانند یک نیلوفر آبى کاملاً تمیز مى کند.  در جایى دیگر، وى چادرها و سایبان هایى را معرفى مى کند که با استفاده از بافت هاى جدید و بدون مداخله ى انسان، تمیز و بدون لک باقى مى‏‏مانند.  البته او تنها شخصى نیست که چنین چشم اندازهایى را مبتنى بر به کارگیرى اشیاى خودتمیزشونده )که به ندرت نیاز به شستشو دارند( در آینده مطرح مى کند؛ در ژاپن فناورى هایى براى توسعة سطوح خودگندزدا و ضد عفونى کننده براى حمام ها و بیمارستان ها وجود دارد.  میخاییل رابنر و رابرت کوهن از مؤسسه ى فناورى ماساچوست، فناورى هاى مشابهى را در ذهن خود مجسم مى کنند که آینه هاى حمام ها را تمیز و بدون بخار نگه داشته، مى توانند آزمایشگاه هاى روى یک تراشه میکروسیالى را کنترل کنند.  در چنین سیستم هایى سیالات از خلال معبرهاى میکروسکوپى عبور مى کنند . هم اکنون ما پیراهن ها، بلوزها، دامن ها و شلوارهایى را در اختیار داریم که سس گوجه فرنگى، خردل و قهوه را از خود دور مى کنند.  یک انقلاب در زمینه سطوح خودتمیزشونده در راه است.

داستان مواد خودتمیزشونده با الهام گیرى Nelumbo  از نیلوفر آبىِ مقدس یا nucifera در طبیعت آغاز شده است؛ این نوع دائمى آبزى جذاب پرتلألؤ در مذاهب و فرهنگ هاى هند، میانمار، چین و ژاپن جایگاه ویژه اى دارد. نیلوفر آبى به دلیل تمیزى و پاکى استثنایى خود مورد احترام است.  این گیاه در آب گل آلود مى روید؛ اما برگ هاى آن، پس از بیرون آمدن چند متر بالاتر از سطح آب قرار مى گیرد که این امر از کثیفى آن جلوگیرى مى کند.  قطرات آبى که بر روى یک برگ نیلوفر آبى قرار مى گیرند، تلألؤ عجیبى دارند و آب باران آلودگى ها را به سادگى و راحت تر از هر گیاه دیگرى از آنها مى زداید.

ویژگى تمیزشوندگى استثنایى این گیاه، توجه بارتلات را به خود جلب کرده است. در دهه ى هفتاد قابلیت هاى میکروسکوپ الکترونى روبشى، وى را مجذوب ساخت. این میکروسکوپ به صورت تجارى در سال 1965 عرضه گردید و عکس هاى واضحى را از محدودة پایین تر از نانومتر ارائه داد. در چنین درجه اى از بزرگ نمایى، یک لکه از آلودگى ها مى تواند تصویر را خراب کند، لذا تمیز بودن نمونه ها ضرورى است؛ اما بارتلات متوجه شد که برخى از گیاهان ظاهراً هرگز نیاز به شستشو ندارند که سردستة آنها نیلوفر آبى است.

به عقیده ى بارتلات این اثر از ترکیب دو خصوصیت در سطح برگ این گیاه (مومسانى این برگ و برامدگى هاى میکروسکوپى که سطح آن را پوشانده اند و اندازه آنها چند میکرون است( ایجاد مى‏شود.

وى از فیزیک پایه دریافت که تنها ویژگى مومسانى این برگ ها باعث آب گریز بودن آنها مى گردد. در چنین ماده اى قطرات آب به شکلى قرار مى گیرند که کمترین سطح تماس را با سطح ماده داشته باشند . آب بر روى یک مادة آب دوست تر بر روى سطح ماده پخش مى شود تا سطح تماس، بیشینه شود. براى یک سطح آب دوست، زاویه ى تماس (زاویه اى که از برخورد سطح قطره با ماده ایجاد مى شود( کوچک تر از 30 درجه است؛ در حالى که زاویه ى تماس یک سطح آب گریز، بزرگ تر از 90 درجه است.

علاوه بر این وى کشف کرد که برامدگى هاى بى شمارى این مسئله را تشدید کرده، موجب مى شوند که سطح این نیلوفر، اَبَرآب گریز باشد (یعنى زاویه ى تماس بیش از 150 درجه باشد (. قطرات آب بر روى چنین سطحى به صورت قطرات کوچکِ تقریباً کروى درمى آیند که سطح تماس بسیار کوچکى دارد و به سهولتِ یک بلبرینگ، بر روى سطح مى غلتند. آب همانند شخصى که بر روى بسترى از میخ دراز کشیده باشد، بر روى نوک برامدگى ها مى نشیند. هواى گیرافتاده بین آب و سطح برگ در فضاهاى اطراف برامدگى ها، زاویه ى تماسى را افزایش مى دهد. این اثر به وسیله ى معادلة کاسى  باکستر (اى بى دى کاسى و اس باکستر در دهه ى چهل براى نخستین بار این معادله را ابداع کردند)- توجیه مى شود.

بارتلات مشاهده کرد که آلودگى و چرک به شکل مشابهى و تنها به وسیله ى نوک برامدگى هاى برگ گیاه مذکور در تماس است. قطرات باران به آسانى چرک ر اترکرده، آن را از برگ به پایین مى غلتانند. کشف ارتقاى تمیزشوندگى به وسیله ى برامدگى هاى میکروسکوپى، به شکل شگفت آورى پرتناقض است. او مى گوید: «من دیده بودم که در برامدگى ها و فرورفتگى هاى پیش بند مادرم، آلودگى و چرک جمع مى شود و براى تمیز نگه داشتن اشیا باید این برامدگى هاى جذب کننده ى آلودگى را هموار کرد؛ اما بررسى هاى عمیق بر روى این نوع نیلوفر نشان داد که این مطلب کاملاً درست نیست.»

ایجاد یک سطح ابرآب گریز بر روى یک شىء با استفاده از اثر نیلوفر آبى آسان نیست. خصوصیت یک ماده ى آب گریز ذاتاً دافعه است؛ اما باید این سطح را که دافعِ همه چیز است، بر روى این شىء چسباند و به آن متصل کرد. با این حال، در اوایل دهه ى نود، بارتلات « قاشق عسل »  را ابداع نموده بود.  این قاشق داراى یک سطح سیلیکونى زبر (داراى برامدگى هاى میکروسکوپى( بود و به عسل اجازه مى داد تا بدون اینکه چیزى در قاشق بماند، از آن جدا شود. سرانجام این محصول برخى از شرکت هاى شیمیایى بزرگ را متقاعد کرد که این راهکار، ارزشمند به شمار مى رود و توان تحقیقاتى آنها به زودى راه هاى بیشترى را براى به کارگیرى این اثر خواهد یافت . تاکنون مهم ترین کاربرد این محصول، رنگ نماى خارجى StoLotusan براى ساختمان هاست که شرکت چندملیتى آلمانى استو اى جى در سال 1999 آن را معرفى کرد و یک موفقیت در  بزرگ بود «اثر نیلوفر آبى» هم اکنون در  بزرگ بود آلمان در عرصه ى ابزارهاى خانگى شناخته شده است.  در اکتبر سال گذشته، نشریه ى  Wirtschaftswocheآن را به عنوان یکى از 50 اختراع برتر سال هاى اخیر در این کشور معرفى کرد.

ادامه دارد...