Khả năng đẩy nước rất quan trọng đối với nhiều vật liệu, đặc biệt là trong ngành công nghiệp ô tô, hàng hải và hàng không vũ trụ. Nhiều bề mặt siêu kỵ nước hoạt động bằng cách giữ lại một lớp không khí hoặc chất lỏng khiến bất kỳ loại nước nào rơi vào đó sẽ vo tròn thành giọt và lăn đi dễ dàng hơn.

Nhưng công nghệ mới nổi tạo ra cái gọi là bề mặt giống chất lỏng (LLS), có các lớp phân tử có tính di động cao hoạt động giống chất lỏng nhưng được buộc chặt vào chất nền để chúng không thoát ra ngoài. Kết quả cuối cùng giống như một bề mặt được bôi trơn và nước sẽ trượt ra ngay lập tức.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại học Aalto ở Phần Lan đã phát triển LLS mới từ các phân tử được gọi là lớp đơn lớp tự lắp ráp (SAM) phủ lên chất nền silicon. Bằng cách điều chỉnh các điều kiện như nhiệt độ và hàm lượng nước trong lò phản ứng trong quá trình sản xuất, nhóm nghiên cứu có thể kiểm soát lượng silicon mà SAM bao phủ.

Ấn tượng về nước lăn trên lớp phủ SAM siêu thấm nước mới.

Khi SAM bao phủ phần lớn bề mặt, nó trở nên siêu kỵ nước, khiến nước tạo thành các giọt và lăn đi. Bản thân điều đó được mong đợi nhưng trước sự ngạc nhiên của các nhà nghiên cứu, độ bao phủ SAM thấp cũng khiến bề mặt trơn trượt. Và nó đã làm được điều đó mà không cần có các hạt nước, vốn từ lâu đã được cho là cần thiết cho khả năng siêu kỵ nước.

Sakari Lepikko, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Thật phản trực giác khi ngay cả độ che phủ thấp cũng mang lại khả năng trơn trượt đặc biệt. Thay vào đó, chúng tôi nhận thấy nước chảy tự do giữa các phân tử của SAM ở độ bao phủ SAM thấp, trượt khỏi bề mặt. Và khi độ bao phủ của SAM cao, nước vẫn ở trên SAM và trượt đi một cách dễ dàng. Chỉ ở giữa hai trạng thái này nước mới bám vào SAM và dính lên bề mặt".

Nhóm nghiên cứu cho biết một số phiên bản bề mặt SAM của họ là vật liệu chống thấm nước tốt nhất từng được báo cáo – các bề mặt siêu kỵ nước thường có góc trượt (góc mà nước sẽ lăn đi) thấp tới 5°. Nhưng nhóm Aalto báo cáo rằng góc trượt của họ có thể là 0,01°, nghĩa là về cơ bản nước sẽ chảy ra khỏi bất kỳ bề mặt nào không bằng phẳng hoàn hảo. Thước đo phổ biến hơn về tính kỵ nước là cái được gọi là góc tiếp xúc, được tính bằng mức độ sắc nét của các giọt nước cong hình thành trên bề mặt. Nhưng thật khó để áp dụng biện pháp đó ở đây khi bề mặt SAM cho phép nước lan ra thành màng nhưng vẫn dễ dàng lăn đi. Hấp dẫn như lớp phủ SAM, các nhà nghiên cứu thừa nhận nó vẫn khá mỏng và sẽ phân tán dễ dàng. Nhưng họ có kế hoạch tiếp tục cải thiện để cuối cùng nó có thể giúp ích trong nhiều trường hợp sử dụng công nghiệp".

Ông Lepikko cho biết: “Những thứ như truyền nhiệt trong đường ống, làm tan băng và chống sương mù là những ứng dụng tiềm năng. Nó cũng sẽ hữu ích với vi lỏng, trong đó các giọt nhỏ cần được di chuyển xung quanh một cách trơn tru và tạo ra bề mặt tự làm sạch. Cơ chế phản trực giác của chúng tôi là một cách mới để tăng tính di động của giọt nước ở bất cứ nơi nào cần thiết".