Hva er nanoteknologi?
Nanoteknologi kan høres ut som et begrep fra fremtiden, men det er allerede med på å forvandle vår hverdag, spesielt når det gjelder overflatebelegg - populært kalt "coatinger". Vi skal dykke ned i nanoteknologiens verden og lære hvordan den revolusjonerer måten vi beskytter og forbedrer ulike overflater på.
​
Nanoteknologi handler om de minste byggesteinene av materie - nanopartikler. Disse partiklene er utrolig små, ofte i skalaen fra 1 til 100 nanometer (en nanometer er en milliard av en meter). For å sette det i perspektiv, er et menneskehår omtrent 80 000-100 000 nanometer bredt. Med nanoteknologi jobber forskere og ingeniører med å manipulere og konstruere disse små materialene for å skape enorme fordeler.
​
Mikroteknologi og nanoteknologi er anvendelser som omhandler strukturer og systemer i forskjellige størrelsesnivå, fra millimeter ned til Picometer. Hver har sine unike egenskaper, men nanoteknologi har betydelige fordeler og potensiale på grunn av dens evne til å manipulere atomer og molekyler på nanonivå.
​
Mikrometer (µm): Når vi beveger oss til mikrometer-skalaen, muliggjør mikroteknologi produksjon av miniatyriserte komponenter og enheter. På dette nivået blir det imidlertid utfordrende å kontrollere og manipulere individuelle molekyler og atomer.
​
Nanometer (nm): Nanoteknologi tar oss til nanometerskalaen, der individuelle molekyler og atomer kan manipuleres. Dette presisjonsnivået muliggjør å lage nanomaterialer med unike egenskaper.
​
Picometer (pm): På dette nivået har forskere evnen til å manipulere posisjonene til individuelle atomkjerner. Dette kontrollnivået muliggjør utforming av kvanteprikker og andre nanostrukturer med applikasjoner i kvanteberegning og avanserte materialer.
Nanoteknologi i overflatebelegg (coating)
I det store feltet av nanoteknologi er materialvitenskap et fremtredende forsknings- og anvendelsesområde. Forskere og ingeniører utforsker egenskapene til materialer på nanoskala for å avdekke deres skjulte potensialer. Et fascinerende aspekt ved materialvitenskap er studiet av hydrofobisitet, som spiller en avgjørende rolle i utviklingen av avanserte materialer med unike egenskaper og funksjoner.
​
Overflatemodifikasjoner er utbredt i materialvitenskap for å oppnå hydrofobisitet. Forskere kan behandle eller belegge materialoverflater med hydrofobe stoffer eller nanostrukturer for å endre overflateenergien, noe som gjør dem mindre utsatt for fukt. Avsetning av tynne lag av nanopartikler, som silikoner eller fluoralkylforbindelser, skaper en hydrofob barriere. Overflatemønstre på nanoskala, oppnådd gjennom nanolitografi eller selvmonteringsprosesser, forbedrer hydrofobiteten ytterligere.
​
Fremveksten av superhydrofobe materialer, muliggjort ved nanoteknologi, har gitt mulighet for coatinger med enestående vannavstøtende egenskaper. Disse materialene har en unik hierarkisk struktur i nanostørrelse. Denne kombinasjonen skaper luftlommer som hindrer vann i å komme i direkte kontakt med overflaten, noe som resulterer i en utmerket vannavstøtende effekt.
​
Utover hydrofobisitet, har nanoteknologi også gjort det lettere å gjøre fremskritt innen andre materialvitenskapelige egenskaper, for eksempel anti-korrosjon, antibegroing og selvhelbredende evner. Evnen til å konstruere materialer på nanoskala gjør det mulig for forskere å skreddersy egenskapene deres og overvinne tradisjonelle begrensninger.
Hydrofobe coatinger
Hydrofobe belegg er konstruert for å avvise vann ved å bruke nano-materialstrukturer som skaper et overflatebelegg. Denne unike strukturen minimerer kontakten mellom vanndråper og overflaten, slik at de jevnt kan vaske bort smuss og forurensninger fra belegget og dermed opprettholde overflatens renhet.
​
Hydrofobe belegg
Disse beleggene gir flere fordeler når de er forankret i nanoteknologi. De gir vannavvisning, selvrensende egenskaper og forbedret holdbarhet. Som et resultat finnes det applikasjoner på tvers av forskjellige bransjer, noe som fører til utvikling av mer effektive og miljøbevisste produkter og prosesser.
​​
Lotus -effekten
Lotus -effekten er et naturfenomen observert på lotusblader og fungerer som inspirasjon for superhydrofobe belegg. Mikro- og nanostrukturene som finnes på lotusblader skaper en selvrensende effekt ved å avvise vann og opprettholde renslighet.
​​
Kontaktvinkel
Innen hydrofobe coatinger er kontaktvinkelen et grunnleggende konsept for overflatevitenskap og fluiddynamikk. Den måler vinkelen som dannes mellom en flytende dråpe og en fast overflate ved deres kontaktpunkt. Kontaktvinkelen spiller en sentral rolle i å bestemme de vannavvisende egenskapene til hydrofobe og superhydrofobe belegg.
Superhydrofobi
Den superhydrofobe effekten er et fascinerende fenomen som beskriver de ekstreme vannavvisende egenskapene som vises av noen nanobaserte materialer. Begrepet "superhydrofob" betyr bokstavelig talt "ekstremt redd for vann." Overflater med denne unike egenskapen er usedvanlig effektive til å avvise vanndråper, noe som får vanndråpene til å perle og rulle av overflaten med letthet.
​
Nøkkelen til den superhydrofobe effekten ligger i de mikroskopiske eller nanoskopiske strukturene som er til stede på materialets overflate. Disse strukturene skaper "topper" på den strukturerte overflaten, noe som minimerer kontaktområdet mellom vanndråper og materialet i tillegg til minimerer overflateenergien. Som et resultat reduseres vedheftet mellom vann og overflaten betydelig, noe som fører til den bemerkelsesverdige vannavvisende oppførselen.
​
Naturlige eksempler på superhydrofobisitet finnes i forskjellige planteblader, for eksempel lotusbladet der vanndråper enkelt ruller av. Lotus bladene ser derfor alltid helt rene ut (selvrensende effekt). Forskere og ingeniører har utviklet syntetiske superhydrofobe materialer ved å etterligne disse naturlige strukturene eller bruke belegg med lav overflateenergi.
​
Bruksområder av superhydrofobe materialer er forskjellige og inkluderer selvrensende overflater, anti-ising belegg og vannresistente tekstiler. Den superhydrofobe effekten har vekket betydelig interesse for både vitenskapelige og industrielle fora, mye på grunn av potensialet til å forbedre ytelsen og holdbarheten til forskjellige produkter og overflater.
"Lotus Effekten"
"Lotus-effekten" er et fengslende naturfenomen som beskriver de unike vannavvisende egenskapene som er observert på lotusblader. Denne effekten har inspirert forskere og ingeniører til å lage superhydrofobe materialer som etterligner lotus blomstens evne til å avvise vann - med eksepsjonell effektivitet.
​
Bladene på lotusplanten viser en bemerkelsesverdig selvrensende mekanisme. Overflaten på disse bladene er dekket med mikroskopiske voksdekkede humper/kuler og skaper en strukturert og hydrofob tekstur. Kombinasjonen av overflatens ruhet og den hydrofobe naturen til det voksaktig belegget, resulterer i et miljø der vanndråper sliter med å feste seg til overflaten. I stedet danner de nesten sfæriske perler som ruller av bladet.
​
Denne naturlige tilpasningen er spesielt fordelaktig for lotus planten ettersom den hjelper til med å holde bladene rene og sikrer effektiv fotosyntese ved å la sollys nå kloroplastene. Lotus Effekten har blitt en inspirasjonskilde for biomimikk, der forskere og ingeniører henter inspirasjon fra naturen til å utvikle innovative teknologier.
​
Lotus Effekten viser ikke bare skjønnheten i naturens tilpasninger, men fungerer også som en blåkopi for å utvikle funksjonelle materialer med en rekke praktiske anvendelser i forskjellige bransjer.
Kontaktvinkel
Kontaktvinkelen måles vanligvis mellom tangentlinjen ved kontaktpunktet på den faste overflaten og de to sidene av væskedråpen. Det kan kategoriseres i tre primære regimer:
​
Akutt vinkel (θ <90 grader): I dette tilfellet fukter væsken overflaten, noe som betyr at den sprer seg ut og fester seg til overflaten. En kontaktvinkel mindre enn 90 grader indikerer hydrofilisitet, der væsken tiltrekkes av overflaten og har en tendens til å spre seg.
​
Rett vinkel (θ = 90 grader): Dette blir referert til som "Young-Laplace-kontaktvinkelen." Når kontaktvinkelen er nøyaktig 90 grader, betyr det at væsken verken fukter eller frastøtes av overflaten. Den opprettholder en sfærisk form til en viss grad.
​
Stump vinkel (θ> 90 grader): En stump kontaktvinkel indikerer at væsken blir frastøtt av overflaten, og danner en mer sfærisk form. En kontaktvinkel større enn 90 grader indikerer hydrofobisitet, der væske-perler fester seg minimalt til overflaten.
Kilde: Noxnatura
Scanning Electron Microscope (SEM)
Et Skanning Elektron Mikroskop (SEM) er et kraftig avbildningsverktøy som brukes til høyoppløselig avbildning og analyse av overflatemorfologien og sammensetningen av et bredt spekter av materialer på nanonivå. SEM bruker en fokusert stråle av elektroner for å undersøke overflaten av objektet, og gir detaljert informasjon om dens topografi og sammensetning.
Applikasjoner i nanonivå-observasjon
Nanomaterialkarakterisering
SEM brukes ofte til å undersøke og karakterisere forskjellige nanomaterialer, inkludert nanopartikler, nanorør (CNT) og nanotråder. Forskere kan observere deres størrelse, form og distribusjon.
​
Nanoteknologiforskning
I nanoteknologi er SEM uunnværlige for å visualisere og karakterisere nanostrukturer, for eksempel grafén-plater, kvanteprikker og nanokompositter. De hjelper til med utvikling og kvalitetskontroll av nanoenheter og materialer.
​
Biologi og biovitenskap
SEM brukes til å studere biologiske prøver på nanonivå, inkludert celler, vev og mikroorganismer. De gir detaljert informasjon om cellulære strukturer og subcellulære organeller.
​
Materialvitenskap
SEM er verdifulle for å undersøke overflatetopografien av materialer noen slike materialer er metaller, keramikk og polymerer på nanonivå. Forskere kan analysere sprekker, krystallkorn og defekter.