Самый скользкий материал в мире подсмотрели у растения-убийцы

Самый скользкий материал в мире это не лед и даже не использовавшийся в сковородках тефлон. Ученые придумали покрытие, подсмотренное у хищного тропического растения. С таких поверхностей соскальзывает практически все подряд: вода, масло, кровь, и даже бактерии. В промышленности и медицине технологию уже пробуют в деле, но до того, чтобы встретить ее повсюду, ещё далеко.

Ученые скопировали ловушку хищного растения и создали самый скользкий материал в мире

Как устроена ловушка непентеса

В тропических лесах Юго-Восточной Азии растет непентес — хищное растение с кувшинообразными ловушками. Насекомые садятся на край такого кувшинчика, и дальше происходит то, что десятилетиями изумляло биологов: жертва моментально теряет сцепление и соскальзывает внутрь. Выбраться обратно невозможно.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем канале в MAX. Подпишитесь прямо сейчас!

Секрет не в клее и не в яде. Край ловушки непентеса покрыт микроскопическими порами, которые постоянно удерживают тончайший слой воды. Получается своего рода природный каток: лапки насекомого не могут зацепиться за твердую поверхность, потому что между ними и стенкой всегда есть жидкая пленка. Именно этот принцип пористого материала, пропитанного жидкостью, ученые и взяли за основу для создания сверхскользкого искусственного покрытия.

Как работает материал SLIPS

Технология получила название SLIPS — Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces, то есть это скользкие пористые поверхности, пропитанные жидкостью. Идея, описанная учеными в Journal of Physics Conference Series, предельно проста.

Что вы думаете по этому поводу? Обсудим в нашем Telegram-чате!

За основу берут материал с порами размером в микроны или нанометры — это может быть особым образом обработанный полимер либо керамика. В поры загоняют смазку, и она прочно сидит внутри благодаря капиллярным силам. Сверху получается ровный устойчивый слой жидкости — по нему все и скользит, не дотягиваясь до твердой подложки.

Чтобы понять, как это работает, представьте мокрый каток. Обычный лед скользкий сам по себе, но если поверх него постоянно поддерживать тонкий слой воды, трение падает еще сильнее. В случае SLIPS роль «воды» играют специальные масла, чаще всего перфторированные ,то есть химически инертные и очень стабильные. А роль «льда» — пористая подложка, которая эту смазку надежно держит.

Результат впечатляет: коэффициент трения у таких покрытий в десятки раз ниже, чем у тефлона. С них стекает почти любая жидкость, не оставляя следа, а твердые загрязнения просто не могут закрепиться.

Читайте также: Самый дорогой материал на Земле — его не может купить ни один человек

Почему к SLIPS-покрытиям почти ничего не прилипает

У обычных антипригарных покрытий, вроде того же тефлона, есть слабое место: их поверхность все-таки твердая. Любая микроцарапина или дефект создает точку, за которую может зацепиться грязь, бактерия или капля жидкости. Со временем покрытие изнашивается и теряет свойства.

Материал SLIPS работает принципиально по-другому. Поскольку контактный слой — это жидкость, а не твердое тело, на нем не бывает царапин. Даже если внешняя среда повредит часть поверхности, смазка перетекает и восстанавливает целостность пленки.

Сравнение: капля воды мгновенно скатывается с SLIPS-покрытия, но задерживается на обычной поверхности

Есть и ещк один важный эффект. На жидкой смазке бактериям не удается собрать биопленку как в мисках домашних животных — ту самую плотную колонию, которой они обычно крепко цепляются за твердые материалы. Цепляться-то и не за что. Поэтому медики смотрят на SLIPS с особым интересом.

Где используют сверхскользкие материалы

Сфер применения у SLIPS-покрытий накопилось уже немало, хотя большая часть проектов все еще проходит испытания или внедряется точечно.

Самый скользкий материал в промышленности помогает решить несколько серьёзных задач:

• Защита трубопроводов и емкостей от налипания нефти, парафинов и других вязких субстанций, что снижает затраты на очистку и увеличивает пропускную способность;
• Борьба с обледенением — лед на SLIPS-поверхности держится в десятки раз слабее, чем на обычном металле. Это критически важно для линий электропередач, авиации, ветрогенераторов и судов, работающих в холодных широтах;
• Антикоррозийная защита — слой смазки физически изолирует металл от воды и агрессивных сред;
• Самоочищающиеся поверхности для солнечных панелей, фасадов зданий и оптических приборов.

В поисках идеальных материалов ученые часто гонятся за прочностью, но иногда ключевое свойство — это как раз отсутствие сцепления.

В медицине потенциал скольких материалов более захватывающий:

• Покрытия для катетеров, имплантов и хирургических инструментов, к которым не прилипают кровь и белки. Это снижает риск тромбообразования и инфекций;
• Поверхности для больничного оборудования, дверных ручек и операционных столов, которые не дают бактериям закрепиться, причем без всяких антибиотиков и антисептиков;
• Контейнеры для хранения и перевозки крови и биоматериалов — там, где дорога каждая капля.

SLIPS-покрытие на трубопроводе предотвращает образование наледи даже в экстремальный мороз

Что мешает SLIPS-покрытиям выйти в массовое производство

Если технология настолько хороша, почему ею не покрыто все вокруг? Причин несколько, и они вполне прозаичные.

Во-первых, смазочная жидкость постепенно испаряется или вымывается. В лабораторных условиях покрытие работает отлично, но в реальной среде, под дождем, ветром, механическими нагрузками, срок службы ограничен. Ученые работают над самовосполняющимися системами, где смазка подается из внутреннего резервуара, но пока это усложняет конструкцию и повышает стоимость.

Во-вторых, некоторые смазки несовместимы с каждой задачей. Для пищевой промышленности нужны безопасные для человека составы, для медицины — биосовместимые, для нефтянки — устойчивые к агрессивным химикатам. Универсального рецепта пока нет.

В-третьих, масштабирование производства остается дорогим. Создать идеальное нанопористое покрытие на лабораторном образце размером с монету — одно дело. Покрыть им километровый трубопровод или крыло самолета — совсем другое.

Наконец, перфторированные жидкости, которые чаще всего используются в SLIPS, вызывают вопросы с точки зрения экологии. Некоторые из этих соединений относятся к вечным химикатам (PFAS), которые крайне медленно разлагаются в природе. Поиск безопасных альтернатив — одно из ключевых направлений исследований.

Тем не менее прогресс заметен. За последнее десятилетие количество публикаций по теме SLIPS выросло в десятки раз, появились первые коммерческие продукты, от антиобледенительных спреев до медицинских покрытий. Технология явно вышла из чисто академической стадии.

А вы уже есть в нашем Telegram-чате? Добро пожаловать!

Удивительные свойства растения непентес, отточенные миллионами лет эволюции, оказалась настолько элегантной, что воспроизвести ее в полном объеме мы пока не можем. Но каждый новый эксперимент приближает момент, когда самый скользкий материал в мире станет настолько же привычным, как когда-то стал тефлон.