Ученые Томского политеха разработали технологию создания бифильных материалов

Бифильными называют материалы, комбинирующие свойства супергидрофильных/гидрофильных и супергидрофобных/гидрофобных  поверхностей.

«Известно достаточно много методов и подходов создания супергидрофобных, супергидрофильных и бифильных конструкционных материалов. Но большинство из них дорогие в реализации и не масштабируемы к деталям, технологическим поверхностям реально действующих установок. Кроме того, их свойства не долговечны. Для решения этой задачи мы создали свой уникальный подход на основе лазерной обработки», — отмечает доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Феоктистов.

Над проектом работают ученые Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов вуза. Для создания бифильного материала они разработали подход на основе лазерного текстурирования и лазерного химического модифицирования. С помощью наносекундного лазера в микрометровом масштабе они создают на приповерхностном слое материала заданную текстуру, далее очищают изделие в ультразвуковой ванне и придают поверхности супергидрофобные свойства. На готовый материал с помощью лазера наносятся элементы текстуры, придающие ему супергидрофильные свойства.

«Мы разработали подход, позволяющий прогнозировать формируемую лазерным излучением конфигурацию текстуры на обрабатываемой поверхности, например, микростолбики или микроканалы. После чего определенным участкам поверхности мы придаем необходимые свойства смачивания (супергидрофильные или супергидрофобные)», — добавляет руководитель проекта, доцент научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Евгения Орлова.

Для изготовления бифильных материалов политехники использовали алюминиево-магниевые сплавы. Готовые изделия испытывали, имитируя работу одной из наиболее эффективных систем охлаждения энергонасыщенного оборудования в энергетике — спрейную. В экспериментах ученые изучали процесс кипения и испарения жидкости на созданных поверхностях: регистрировали, как растекается жидкость, в каком направлении, какую занимает площадь, с какой скоростью испаряется, скорость конвективных потоков в жидкости, их направление и другие характеристики. Результаты исследования показали, что модификация поверхности лазером позволяет в разы увеличить эффективность испарения теплоносителя с поверхности.

Работа по созданию бифильных материалов стала продолжением исследований ученых в области создания супергидрофильных и супергидрофобных поверхностей. Результаты исследований опубликованы в журнале Surface and Coatings Technology (Q1, IF: 5,4).