طوّر باحثون في Rice University طلاءً متعدد الطبقات يتمتع بقدرة عالية على طرد السوائل الساخنة مثل القهوة والحليب والشوربة، مع الحفاظ على كفاءة الأسطح حتى في درجات الحرارة المرتفعة.

ويهدف هذا الابتكار إلى معالجة مشكلة أساسية تواجه الطلاءات فائقة الكراهية للماء، التي تفقد فعاليتها عند تعرضها للحرارة، مما يؤدي إلى التصاق السوائل وتراكم البقع الرطبة.

كيف تعمل الأسطح فائقة الكراهية للماء؟

تُعرف هذه الأسطح بقدرتها على طرد الماء، حيث تحاكي تأثير أوراق اللوتس، إذ تتجمع القطرات على شكل كرات صغيرة تنزلق بسهولة عند ميل بسيط. لكن الحرارة المرتفعة تمثل التحدي الأكبر، إذ تفقد هذه الأسطح خصائصها عندما تصل درجة الحرارة إلى نحو 40 درجة مئوية، فتبدأ القطرات الساخنة في الالتصاق والتسرب داخل البنية السطحية.

حل المشكلة عبر التحكم في انتقال الحرارة

بدل التركيز على التركيب الكيميائي أو البنية الدقيقة فقط، اعتمد الفريق على دراسة انتقال الحرارة داخل المادة. وتم تطوير طلاء جديد يعرف باسم MISH يعتمد على نظام ثنائي الطبقات:

طبقة عازلة سفلية من رغوة البولي يوريثان.

طبقة علوية دقيقة البنية فائقة الكراهية للماء متوافرة تجاريا.

وتعمل الطبقة العازلة على إبطاء انتقال الحرارة من القطرات الساخنة إلى السطح، مما يمنع التبخر السريع وتكثف البخار داخل البنية الدقيقة، وهي العملية التي عادةً ما تؤدي إلى فقدان القدرة على الطرد.

مقاومة السوائل حتى قرب الغليان

أظهرت التجارب أن الطلاء الجديد قادر على طرد القطرات حتى عند درجات حرارة تقارب 90 درجة مئوية، وهو تحسن كبير مقارنة بالطلاءات التقليدية.

وتساعد هذه التقنية على تقليل تكوّن الجسور السائلة داخل البنية الدقيقة، ما يحافظ على وجود الهواء داخلها ويضمن استمرار طرد السوائل الساخنة.

اختبارات عملية وتحمل طويل الأمد

خضع الطلاء لاختبارات مكثفة شملت تعريضه لقطرات ساخنة لمدة أسبوع كامل، بما يقارب مليوني اصطدام. وقد انهارت الطلاءات التقليدية بسرعة، بينما حافظ الطلاء الجديد على كفاءته لأكثر من 80 ساعة، أي ما يعادل نحو مليون اصطدام قبل ظهور علامات التآكل.

كما تم اختبار الطلاء عبر رش نفاثات من الماء الساخن لمحاكاة ظروف الاستخدام الواقعي، وأثبت قدرته على العمل على أسطح كبيرة ومنحنية مثل الأنابيب والمعدات الصناعية.

تقليل البقايا وتحسين النظافة

أظهرت التجارب أن السوائل الساخنة مثل الحليب والقهوة والحساء تركت أقل من 1% من البقايا على الأسطح المعالجة، مقارنة بأكثر من 31% على الطلاءات التقليدية، ما يشير إلى إمكانية تحسين النظافة وتقليل التلوث في الصناعات الغذائية والمطابخ.

تطبيقات واسعة في الصناعة والمنازل

يمكن أن تسهم هذه التقنية في:

تحسين كفاءة المعدات الصناعية والغذائية

تقليل استهلاك المياه ومواد التنظيف

تطوير أدوات مطبخ أكثر نظافة

تعزيز أداء الأنابيب والمبادلات الحرارية

ويعمل الفريق حاليًا على تطوير طبقات خارجية أكثر متانة واستقرارا حراريا لإطالة عمر الطلاء وتحسين أدائه في الظروف القاسية.