آب گریزی چیست؟ قسمت Hydrophobic - Hydrophobe. معنا و کاربرد در زندگی

اصطلاح آب دوستی (برگرفته از کلمات یونانی باستان "آب" و "عشق") مشخصه شدت برهمکنش یک ماده با آب در سطح مولکولی است، یعنی توانایی یک ماده برای جذب شدید رطوبت، به عنوان مثال. همچنین ترشوندگی بالای آب توسط سطح ماده. این مفهوم را نیز می توان به کار برد جامداتبه عنوان یک ویژگی سطح، و به یون ها، اتم ها، مولکول ها و گروه های آنها منفرد.

آب دوستی با بزرگی پیوند بین مولکول های آب جذب و مولکول های یک ماده مشخص می شود که در این حالت، ترکیباتی تشکیل می شود که در آن مقدار آب بر اساس مقادیر انرژی پیوند توزیع می شود.

آب دوستی ذاتی در موادی است که شبکه‌های کریستالی یونی دارند (هیدروکسیدها، اکسیدها، سولفات‌ها، سیلیکات‌ها، رس‌ها، فسفات‌ها، شیشه‌ها و غیره) که دارای گروه‌های قطبی -OH، -NO 2، -COOH و غیره هستند. آب دوستی و آبگریزی- موارد خاص برهمکنش مواد با حلال ها (لیوفیلیسیتی، لیوفوبی).

آبگریزی را می توان به عنوان درجه کمی از آب دوستی در نظر گرفت، زیرا عمل نیروهای جاذبه بین مولکولی همیشه بین مولکول های هر جسم و آب کم و بیش وجود خواهد داشت. آب دوستی و آبگریزی را می توان از طریق پخش شدن یک قطره آب روی جسمی با سطح صاف تشخیص داد. قطره به طور کامل روی سطح آب دوست و تا حدی روی سطح آبگریز پخش می شود، در حالی که مقدار زاویه تشکیل شده بین سطح ماده خیس شده و قطره تحت تأثیر درجه آب گریزی یک جسم مشخص است. مواد آبدوست موادی هستند که در آنها قدرت برهمکنش های مولکولی (یونی، اتمی) بسیار قوی است. آبگریز فلزاتی هستند که فاقد لایه‌های اکسیدی هستند، ترکیبات آلی که دارای گروه‌های هیدروکربنی در مولکول هستند (موم، چربی، پارافین، برخی پلاستیک‌ها)، گرافیت، گوگرد و سایر موادی که برهم‌کنش ضعیفی در سطح بین مولکولی دارند.

مفاهیم آب دوستی و آبگریزی هم در رابطه با اجسام و سطوح آنها و هم در رابطه با مولکول های منفرد یا قطعات جداگانهمولکول ها به عنوان مثال، مولکول های مواد فعال سطحی حاوی ترکیبات قطبی (آب دوست) و هیدروکربنی (آب گریز) هستند. آب دوستی قسمت سطحی بدن به دلیل جذب چنین موادی می تواند به طور چشمگیری تغییر کند.

هیدروفیلیزاسیون فرآیند افزایش آب دوستی و آبگریزی فرآیند کاهش آن است. این پدیده ها در صنعت آرایشی و بهداشتی، در فناوری نساجی برای هیدروفیلیزاسیون پارچه ها (الیاف) برای بهبود کیفیت شستشو، سفید کردن، رنگرزی و غیره از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

آب دوستی در لوازم آرایشی

صنعت عطرسازی و آرایشی، کرم ها و ژل های هیدروفیل تولید می کند که از پوست در برابر ناخالصی های غیر محلول در آب محافظت می کند. چنین محصولاتی حاوی اجزای آبدوست هستند که لایه ای تشکیل می دهند که از نفوذ آلاینده های نامحلول در آب به لایه سطحی پوست جلوگیری می کند.

کرم های هیدروفیل از امولسیونی ساخته می شوند که با امولسیفایرهای مناسب یا با پایه آب-روغن-آب یا روغن-آب تثبیت می شود. علاوه بر این، اینها شامل سیستم‌های کلوئیدی پراکنده می‌شوند که در آنها اجزای سورفکتانت آبدوست تثبیت می‌شوند و شامل حلال‌های مخلوط آب-گلیکول یا اسیدهای چرب بالاتر یا الکل‌ها هستند.

هیدروژل ها (ژل های آب دوست) از پایه های متشکل از آب، یک حلال مخلوط غیر آبی یا آبدوست تهیه می شوند. اتانولپروپیلن گلیکول، گلیسیرین) و یک عامل ژل کننده آبدوست (مشتقات سلولز، کربومرها).

خواص آب دوستی کرم ها و ژل ها:

· به سرعت و به خوبی جذب می شود.

· تغذیه پوست؛

· پس از استفاده از آنها هیچ احساس چربی وجود ندارد.

· پاکسازی پوست؛

· اثر تقویتی بر روی پوست داشته باشد.

· کاهش اثر عوامل محیطی منفی؛

به پوست کمک کنید تا توانایی طبیعی خود را برای بازسازی حفظ کند.

کرم‌ها و ژل‌های هیدروفیلیک برای محافظت از پوست هنگام کار با روغن‌های غیر قابل اختلاط با آب، روغن کوره، نفت، رنگ‌ها، رزین‌ها، گرافیت، دوده، حلال‌های آلی، محلول‌های خنک‌کننده و روان‌کننده، فوم ساختمانی و بسیاری از مواد تهاجمی خفیف دیگر طراحی شده‌اند. آنها همچنین هنگام تعمیر ماشین، بازسازی آپارتمان، در حین ساخت و ساز، در کشور هنگام کار با کود و خاک ضروری هستند.

شرکت KorolevPharm انواع مختلفی از عطر و محصولات آرایشی و بهداشتی از جمله کرم های آب دوست و آبگریز را تولید می کند. این شرکت تولید کننده قراردادی است و تمام مراحل تولید را انجام می دهد: توسعه دستور پخت، صدور گواهینامه، راه اندازی تولید، تولید سریال. محل تولید مجهز به تجهیزات مدرن می باشد.

شرکت برای انطباق با الزامات گواهی شده است

Hydrofعمومیت (یونانی ὕδωρ - آب، آب و ترس - فوبوس، ترس) - توانایی سطح یک ماده برای خیس نشدن با آب. آب روی سطح یک ماده آبگریز به صورت قطراتی جمع می شود که به داخل آن نفوذ نمی کند.

فیزیک آبگریزی

ماهیت فیزیکوشیمیایی آبگریزی با قوانین اساسی ترمودینامیکی، به ویژه تمایل سیستم برای دستیابی به حداقل انرژی با آزاد کردن انرژی در محیط زیست. بیشتر مردم علاقه ای به چنین چیزهای پیچیده ای ندارند، بنابراین، به عنوان یک ساده سازی، مفهوم نیروهای آبگریز ظاهر شد (اگرچه چنین نیروهایی از نظر فیزیکی وجود ندارند).

در عمل، برای ایجاد سطوح آبگریز، از مولکول های غیر قطبی استفاده می شود که به نظر می رسد آب را "دفع" می کنند. هنگامی که یک قطره روغن مایع در آب می افتد، می توان فرآیند مشابهی را مشاهده کرد.

در حال حاضر پدیده ابرآب گریزی در بسیاری از سیستم های فناوری نانو استفاده می شود.

آب گریزی و مصالح ساختمانی

آبگریزی برای برخی کیفیت مفیدی است مصالح ساختمانی(سیمان، فیلم)، جلوگیری از نفوذ آب. اغلب، مواد عایق حرارتی، مانند پشم معدنی، با مواد خاصی آغشته می شوند که یک میکروفیلم آبگریز ایجاد می کنند.

قابلیت اطمینان لایه آبگریز

تماس با اکثر حلال ها و روغن ها ممکن است منجر به از بین رفتن آب گریزی شود. همچنین با آلوده شدن مواد از بین می رود. پس از از دست دادن آبگریزی، سطح نفوذپذیر می شود.

نیازی به اشتباه گرفتن آبگریزی و مقاومت در برابر آب نیست. به عنوان مثال، پلی اتیلن ضد آب است، بنابراین یک فیلم ساخته شده از آن، حتی با الکل مرطوب یا به شدت کثیف (اما بدون سوراخ)، اجازه عبور آب را نمی دهد. یک فیلم ضد آب، بر اساس آب گریزی لایه سطحی و اجازه عبور آزادانه هوا، فقط تا زمانی کار می کند که لایه بیرونی خاصیت آب گریزی خود را از دست بدهد، به عنوان مثال، از میکروذرات گرد و غبار.

برخی از افراد در مدرسه در درس های شیمی خوش شانس بودند نه تنها برای نوشتن تست های خسته کننده و محاسبه جرم مولییا ظرفیت را نشان دهید، اما همچنین به نحوه انجام آزمایشات توسط معلم نگاه کنید. همیشه، به عنوان بخشی از آزمایش، به طور جادویی، مایعات در لوله های آزمایش به طور غیرقابل پیش بینی تغییر رنگ دادند و چیز دیگری می تواند منفجر شود یا به زیبایی بسوزد. شاید آنقدرها هم چشمگیر نباشد، اما هنوز هم آزمایش هایی جالب هستند که در آن از مواد آبدوست و آبگریز استفاده می شود. به هر حال، این چیست و چرا آنها کنجکاو هستند؟

خواص فیزیکی

در درس های شیمی، با مرور عنصر بعدی جدول تناوبی و همچنین تمام مواد اولیه، همیشه در مورد آنها صحبت می کردیم. ویژگی های مختلف. آنها نیز مورد توجه قرار گرفتند خواص فیزیکی: چگالی، در شرایط عادی، نقطه ذوب و جوش، سختی، رنگ، هدایت الکتریکی، هدایت حرارتی و بسیاری دیگر. گاهی اوقات در مورد ویژگی هایی مانند آبگریزی یا آب دوستی صحبت می شد، اما، به عنوان یک قاعده، آنها در این مورد جداگانه صحبت نمی کنند. در همین حال، این گروه نسبتاً جالبی از مواد است که به راحتی می توان با آنها روبرو شد زندگی روزمره. بنابراین مفید خواهد بود که در مورد آنها بیشتر بدانید.

مواد آبگریز

به راحتی می توان از زندگی مثال زد. بنابراین، شما نمی توانید آب را با روغن مخلوط کنید - همه این را می دانند. به سادگی حل نمی شود، اما در حباب ها یا لایه ای روی سطح شناور می ماند، زیرا چگالی آن کمتر است. اما چرا این و چه مواد آبگریز دیگری وجود دارد؟

این گروه معمولاً شامل چربی ها، برخی پروتئین ها و سیلیکون ها می شود. نام این مواد از کلمات یونانی هیدور - آب و فوبوس - ترس گرفته شده است، اما این به این معنی نیست که مولکول ها می ترسند. آنها به سادگی کمی یا کاملا نامحلول هستند. آبگریزی مطلق وجود ندارد، حتی آن دسته از موادی که به نظر می‌رسد اصلاً با آب برهم‌کنش ندارند، آن را جذب می‌کنند، هرچند در مقادیر ناچیز. در عمل، تماس چنین ماده ای با H 2 O به شکل یک فیلم یا قطرات ظاهر می شود، یا مایع روی سطح باقی می ماند و شکل یک توپ را به خود می گیرد، زیرا کمترین سطح را دارد و حداقل تماس را ایجاد می کند.

خواص آبگریز با مواد خاصی توضیح داده می شود. این به دلیل نرخ کم جذب است، همانطور که برای مثال در مورد هیدروکربن ها اتفاق می افتد.

مواد آب دوست

نام این گروه، همانطور که ممکن است حدس بزنید، از کلمات یونانی نیز گرفته شده است. اما در این مورد، بخش دوم فیلیا عشق است، و این کاملاً رابطه چنین موادی را با آب مشخص می کند - "درک متقابل" کامل و حلالیت عالی. این گروه که گاه «قطبی» نامیده می شود شامل الکل های ساده، قندها، اسیدهای آمینه و ... می شود که بر این اساس به دلیل داشتن این ویژگی ها دارای این ویژگی ها هستند. انرژی بالاجذب مولکول آب به بیان دقیق، به طور کلی، همه مواد کم و بیش آبدوست هستند.

آمفیفیلیسیتی

آیا این اتفاق می افتد که مواد آبگریز می توانند به طور همزمان خاصیت آب دوست داشته باشند؟ معلوم می شود بله! این گروه از مواد را آمفیفیل یا آمفیفیل می نامند. معلوم می شود که همان مولکول می تواند در ساختار خود عناصر غیر قطبی محلول - قطبی و دافع آب - داشته باشد. به عنوان مثال، برخی از پروتئین ها، لیپیدها، سورفکتانت ها، پلیمرها و پپتیدها دارای چنین خواصی هستند. هنگام تعامل با آب، ساختارهای فوق مولکولی مختلفی را تشکیل می دهند: تک لایه ها، لیپوزوم ها، میسل ها، غشاهای دولایه، وزیکول ها و غیره. گروه های قطبی به سمت مایع جهت گیری می کنند.

معنا و کاربرد در زندگی

علاوه بر فعل و انفعالات آب و روغن، شواهد زیادی می توان یافت که مواد آبگریز تقریباً در همه جا یافت می شوند. بنابراین سطوح تمیز فلزات، نیمه هادی ها و همچنین پوست حیوانات، برگ گیاهان و پوشش کیتین دار حشرات دارای خواص مشابهی هستند.

در طبیعت هر دو نوع ماده دارند مهم است. بنابراین، هیدروفیل ها در حمل و نقل در ارگانیسم های جانوران و گیاهان استفاده می شوند. مواد غیرقطبی در تشکیل غشای سلولی اهمیت زیادی دارند، به همین دلیل چنین خواصی در روند فرآیندهای بیولوژیکی نقش مهمی دارند.

در سال های اخیردانشمندان در حال توسعه مواد آبگریز جدیدی هستند که می توانند برای محافظت از مواد مختلف در برابر خیس شدن و آلودگی مورد استفاده قرار گیرند و در نتیجه حتی سطوح خود تمیز شونده ایجاد کنند. پوشاک، محصولات فلزی، مصالح ساختمانی، شیشه اتومبیل - زمینه های کاربردی زیادی وجود دارد. مطالعه بیشتر این موضوع منجر به توسعه مواد چند هراسی می شود که پایه ای برای سطوح مقاوم در برابر لکه می شود. با ایجاد چنین موادی، افراد قادر به صرفه جویی در زمان، هزینه و منابع خواهند بود و همچنین کاهش درجه محصولات پاک کننده امکان پذیر خواهد بود. بنابراین توسعه بیشتر به نفع همه خواهد بود.

موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای

وزارت بهداشت فدراسیون روسیه

(GBOU VPO NSMU وزارت بهداشت روسیه)

بخش شیمی دارویی

چکیده

آب دوست، آبگریز، دوزیست دوست: در طبیعت و در بدن انسان.

(بررسی ادبیات)

تکمیل شد:

بررسی شد:

مقدمه

آب یکی از رایج ترین مواد روی زمین است. بیشتر سطح زمین را می پوشاند. تقریباً همه موجودات زنده عمدتاً از آب تشکیل شده اند. در انسان، محتوای آب در اندام ها و بافت ها از 20 درصد (در بافت استخوانی) تا 85 درصد (در مغز) متغیر است. حدود 2/3 جرم انسان آب است، در بدن چتر دریایی تا 95٪ آب است، حتی در دانه های خشک گیاه آب 10-12٪ است.

آب دارای خواص منحصر به فردی است. این ویژگی ها برای موجودات زنده به قدری مهم است که تصور زندگی بدون این ترکیب هیدروژن و اکسیژن غیرممکن است.

در رابطه با آب، همه مواد به دو گروه تقسیم می شوند: آب دوست - "آب دوست داشتنی" و آبگریز - "ترس از آب" (از یونانی "hydro" - آب، "phileo" - عشق و "phobos" - ترس). خواص این مواد، و همچنین اهمیت آنها در طبیعت، در کار ما مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مواد آب دوست و آبگریز

مواد آبدوست (یونانی "hydro" - آب، "phileo" - عشق) موادی هستند که انرژی جذب آنها به مولکول های آب از انرژی پیوندهای هیدروژنی (انرژی جذب بین مولکول های آب) فراتر می رود، بنابراین بسیاری از مواد آبدوست به شدت در آب حل می شوند. .

مواد هیدروفیل به شدت با مولکول های آب برهمکنش می کنند. آب دوستی با بزرگی پیوند جذب مواد با مولکول های آب، تشکیل ترکیبات نامشخص با آنها و توزیع مقدار آب بر اساس مقادیر انرژی پیوند مشخص می شود. آب دوستی عمدتاً توسط انرژی اتصال تک لایه جذب تعیین می شود، زیرا لایه های بعدی بسیار ضعیف تر به ماده متصل هستند. آب دوستی را می توان با گرمای جذب بخار آب یا گرمای خیس شدن و همچنین کار خیس کردن سطح واحد یک ماده بیان کرد.

مواد آبگریز (یونانی "hydro" - آب، "phobos" - ترس) موادی هستند که انرژی جذب مولکول های آنها به مولکول های آب کمتر از انرژی پیوندهای هیدروژنی مولکول های آب است. مواد آبگریز شامل چربی ها، برخی از کربوهیدرات ها (نشاسته، گلیکوژن، فیبر)، اسیدهای نوکلئیک، ATP و اکثر پروتئین هایی هستند که در آب نامحلول هستند.

هیچ ماده کاملاً آبگریز ("دفع آب") وجود ندارد. حتی آبگریزترین سطوح - هیدروکربن و فلوروکربن - آب را جذب می کنند. بنابراین آبگریزی به عنوان درجه کم آب دوستی در نظر گرفته می شود.

G. و g را می توان مانند ترشوندگی یک سطح با آب (در هوا) با مقدار زاویه تماس q: برای سطوح آبدوست ارزیابی کرد.<90° (для абсолютно гидрофильных поверхностей q=0); для гидрофобных поверхностей 90°< <180° (напр., для парафина 105°). На трёхфазной границе твёрдого тела с водой и углеводородной жидкостью при <90° (в водной фазе) поверхность олеофобна, т.е. не смачивается маслом, а при =180° - предельно олеофильна.

مواد آبدوست موادی با مواد شیمیایی قطبی هستند. پیوندها: هالیدها، اکسیدها و هیدرات‌های آنها، کربنات‌ها، سولفات‌ها، فسفات‌ها، سیلیکات‌ها و آلومینوسیلیکات‌ها (رس، شیشه) و همچنین غشای سلولی. سطوح خالص فلزات، کربن، نیمه هادی ها، مواد متشکل از مولکول های قطبی ضعیف، برگ های گیاه، پوست حیوانات و پوشش کیتینی حشرات آبگریز هستند. تمام گروه های قطبی موجود در مولکول های سورفکتانت سطحی هستند. مواد فعال- COOH، -NH2، -SO3Na، و غیره، آب دوست؛ رادیکال های هیدروکربنی مرتبط با آنها آبگریز هستند.

مواد آمفیفیلیک

آمفی دوستی خاصیت مولکول های مواد (معمولاً آلی) است که هم خاصیت آب دوست و هم خاصیت آبگریز دارند. مولکول های ترکیبات آمفی دوست شبیه به قورباغه هستند: آنها از یک دم هیدروکربنی بلند (معمولاً از بیش از ده گروه CH2 تشکیل شده است)، حلالیت در محیط های غیر قطبی را تضمین می کند و یک سر قطبی که مسئول خواص آب دوست است. بنابراین، ترکیبات آمفی‌فیلیک به طور همزمان هم آب (یعنی آب دوست هستند) و هم حلال‌های غیر قطبی را دوست دارند (خواص آبگریز را نشان می‌دهند).

بسته به نوع گروه آبدوست، ترکیبات آمفی‌فیلیک دارای گروه عاملی کاتیونی یا آنیونی باردار و ترکیبات آمفی‌فیل با گروه عاملی بدون بار متمایز می‌شوند. اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات آلی شناخته شده دارای بیش از یک گروه عاملی باردار هستند. نمونه ای از این مواد ترکیبات درشت مولکولی - پروتئین ها، لیپوپروتئین ها، بلوک کوپلیمرها و غیره هستند. وجود یک ساختار سوم در مولکول های پروتئین، که در نتیجه برهمکنش درون مولکولی گروه های عاملی (قطبی یا غیرقطبی) با یکدیگر ایجاد شده است، به خودی خود ماهیت آمفی دوستی این ترکیبات را نشان می دهد.

نمونه دیگری از ترکیبات آمفی‌فیلیک اکثر داروها هستند که مولکول‌های آنها مجموعه‌ای از گروه‌های عاملی خاص لازم برای اتصال مؤثر به گیرنده هدف را ترکیب می‌کنند.

ترکیبات دوزیست نقش ویژه ای در طبیعت زنده دارند. هیچ حیوان یا گیاهی بدون آنها نمی تواند وجود داشته باشد. این مولکول های آمفیفیل هستند که غشای سلولی را تشکیل می دهند که یک موجود زنده را از یک محیط خارجی متخاصم جدا می کند. این مولکول‌ها هستند که اندامک‌های داخلی سلول را می‌سازند، در فرآیند تقسیم آن شرکت می‌کنند و در تبادل مواد با محیط نقش دارند. مولکول های آمفیفیلیک به عنوان غذا برای ما عمل می کنند و در بدن ما تشکیل می شوند و در تنظیم داخلی و چرخه اسید صفراوی شرکت می کنند. بدن ما حاوی بیش از 10 درصد مولکول های آمفیفیلیک است. به همین دلیل است که سورفکتانت های مصنوعی می توانند برای موجودات زنده خطرناک باشند و به عنوان مثال می توانند غشای سلولی را حل کرده و منجر به مرگ آن شوند.

نتیجه گیری

در طبیعت، هر دو نوع ماده مهم هستند. شما می توانید شواهد زیادی پیدا کنید که مواد آبگریز تقریباً در همه جا یافت می شوند. بنابراین سطوح تمیز فلزات، نیمه هادی ها و همچنین پوست حیوانات، برگ گیاهان و پوشش کیتین دار حشرات دارای خواص مشابهی هستند. به نوبه خود، هیدروفیل ها در حمل و نقل مواد مغذی در بدن حیوانات و گیاهان استفاده می شوند. مواد غیرقطبی در تشکیل غشاهای سلولی که دارای نفوذپذیری انتخابی هستند، اهمیت زیادی دارند. به همین دلیل است که چنین ویژگی هایی نقش مهمی در روند فرآیندهای بیولوژیکی دارند. در سال‌های اخیر، دانشمندان مواد آبگریز جدیدی تولید کرده‌اند که می‌توان از آن برای محافظت از مواد مختلف در برابر خیس شدن و آلودگی استفاده کرد و در نتیجه سطوح حتی خود تمیز شونده ایجاد کرد. پوشاک، محصولات فلزی، مصالح ساختمانی، شیشه اتومبیل - زمینه های کاربردی زیادی وجود دارد. مطالعه بیشتر این موضوع منجر به توسعه مواد چند هراسی می شود که پایه ای برای سطوح مقاوم در برابر لکه می شود. با ایجاد چنین موادی، مردم قادر خواهند بود در زمان، هزینه و منابع صرفه جویی کنند و همچنین می توان میزان آلودگی محیط زیست ناشی از محصولات پاک کننده را کاهش داد. بنابراین توسعه بیشتر به نفع همه خواهد بود.

مراجع

1. http://fb.ru/article/133638/chto-takoe-gidrofobnyie-veschestva

2.http://www.schoolhels.fi/ school/school_today/ dostigeniya/2012_2013/ nanotexnologiya/page6.htm

3.http://pobiology.rf/ Biological-dictionary/G/265-Hydrophobic-substances

زاویه تماس 165 درجه با آب روی سطح اصلاح شده با استفاده از فناوری پلاسما سیستم شیمی سطح. زاویه تماس زاویه قرمز به اضافه 90 درجه است.

آب روی سطح آبگریز چمن می ریزد

مدت آبگریزاز یونانی باستان ὑδρόφοβος می آید، "دارا بودن وحشت از آب"، ساخته شده از ὕδωρ، "آب" و φόβος، "ترس".

پس زمینه شیمیایی

برهمکنش آبگریز در درجه اول یک اثر آنتروپیک است که از شکستن پیوندهای هیدروژنی بسیار دینامیک بین مولکول‌های آب توسط یک املاح غیرقطبی مایع ایجاد می‌شود که ساختاری شبیه clathrate را در اطراف مولکول‌های غیرقطبی تشکیل می‌دهد. این ساختار نسبت به مولکول‌های آب آزاد به دلیل قرار گرفتن مولکول آب در موقعیتی قرار می‌گیرد که تا حد امکان با خودش برهم‌کنش داشته باشد و در نتیجه حالت آنتروپی بالاتری ایجاد می‌کند که باعث می‌شود مولکول‌های غیرقطبی در کنار هم قرار بگیرند تا سطح سطح را کاهش دهند. به آب و کاهش آنتروپی سیستم. بنابراین، 2 فاز غیر قابل امتزاج (آب دوست در مقابل آبگریز) به گونه ای تغییر می کنند که سطح سطحی مربوطه آنها حداقل خواهد بود. این اثر را می توان در پدیده ای به نام جداسازی فاز مشاهده کرد.

فوق آب گریزی

قطره آب روی گیاه برگ نیلوفر آبی.

فوق آبگریزسطوحی مانند برگ های گیاه نیلوفر آبی، سطوحی هستند که خیس کردن آنها بسیار دشوار است. زاویه تماس قطرات آب بیش از 150 درجه است. این به عنوان اثر نیلوفر آبی نامیده می شود و در درجه اول یک ویژگی فیزیکی است که به کشش سطحی مربوط می شود تا یک خاصیت شیمیایی.

نظریه

در سال 1805، توماس یانگ زاویه تماس را تعیین کرد. تتاسبا تجزیه و تحلیل نیروهای وارد بر سیال در حالت استراحت یک قطره روی سطح جامد احاطه شده توسط گاز.

WENZEL نشان داد که وقتی مایع در تماس مستقیم با سطح ریزساختاری است، θ تغییر خواهد کرد به θ W*

cos ⁡ θ W * = r cos ⁡ θ (\displaystyle \cos (\theta)_(W)*=r\cos (\تتا)\,)

کجا آرنشان دهنده نسبت مساحت واقعی به منطقه پیش بینی شده است. معادله ونزل نشان می دهد که ریزساختار یک سطح تمایل طبیعی سطح را افزایش می دهد. یک سطح آبگریز (یکی که زاویه تماس اصلی آن بیشتر از 90 درجه است) هنگامی که ریزساختار شود آبگریزتر می شود - زاویه تماس جدید آن بیشتر از سطح اصلی می شود. با این حال، یک سطح آبدوست (یکی که زاویه تماس اصلی آن کمتر از 90 درجه است) هنگامی که ریزساختار شود آبدوست تر می شود - زاویه تماس جدید آن کوچکتر از سطح اصلی می شود. Cassie و Baxter کشف کردند که اگر مایعی در بالای ریزساختارها معلق باشد، θ تغییر خواهد کرد به & تتاس CB*:

cos ⁡ θ CB * = φ (cos ⁡ θ + 1) - 1 (\displaystyle \cos (\theta)_(\text (CB))*=\varphi (\cos \theta +1)-1\, )

جایی که φ کسری از مساحت جامد است که با مایع در تماس است. مایع در حالت Cassie-Baxter نسبت به حالت Wenzel متحرک تر است.

می‌توانیم با محاسبه زاویه تماس جدید از هر دو معادله، پیش‌بینی کنیم که آیا حالت Wenzel یا Cassie-Baxter باید وجود داشته باشد. هنگام به حداقل رساندن آرگومان انرژی آزاد، نسبت پیش بینی شده توسط زاویه تماس جدید کوچکتر حالتی است که احتمال وجود دارد. با بیان ریاضیات، برای اینکه حالت Cassie-Baxter وجود داشته باشد، نابرابری باید صادق باشد.

cos ⁡ θ > φ - 1 r - φ (\displaystyle \\cos theta>(\frac (\varphi -1)(r-\varphi)))

یک معیار جایگزین اخیر برای حالت Cassie-Baxter بیان می کند که حالت Cassie-Baxter در صورتی وجود دارد که 2 شرط زیر وجود داشته باشد: 1) خطوط تماس نیروها بر نیروهای بدنه وزن بدون پشتوانه افت غلبه کنند و 2) ریزساختار به اندازه‌ای بالاست که از تماس مایعی که ریزساختارها را پل می‌کند با پایه ریزساختار جلوگیری کند.

یک معیار جدید برای جابجایی بین حالت های Wenzel و Cassie-Baxter اخیراً بر اساس زبری سطح و انرژی سطح ایجاد شده است. این معیار بر توانایی هوا برای به دام انداختن قطرات مایع در سطوح ناهموار متمرکز است، که می تواند بگوید آیا مدل Wenzel یا Cassie-Baxter باید برای ترکیب خاصی از زبری سطح و انرژی استفاده شود.

زاویه تماس معیاری برای آبگریزی ساکن است و پسماند زاویه تماس و زاویه لغزش معیارهای دینامیکی هستند. پسماند زاویه تماس پدیده ای است که ناهمگنی سطح را مشخص می کند. هنگامی که یک پیپت مایع را به یک جامد تزریق می کند، مایع زاویه تماس ایجاد می کند. همانطور که پیپت مایع بیشتری تزریق می کند، حجم قطره افزایش می یابد، زاویه تماس افزایش می یابد، اما مرز سه فاز آن ثابت می ماند تا زمانی که ناگهان به سمت خارج حرکت کند. زاویه تماس قطره درست قبل از پیشروی به سمت بیرون بود، زاویه تماس پیشروی نامیده می شود. اکنون زاویه تماس عقب نشینی با پمپاژ مایع به بیرون از قطره اندازه گیری می شود. حجم قطره کاهش می یابد، زاویه تماس کاهش می یابد، اما مرز سه فاز آن بی حرکت می ماند تا زمانی که ناگهان به سمت داخل عقب نشینی کند. زاویه تماس قطره درست قبل از عقب نشینی به سمت داخل، زاویه تماس عقب نشینی نامیده می شود. تفاوت بین زاویه تماس پیشروی و عقب‌نشینی پسماند زاویه تماس نامیده می‌شود و می‌توان از آن برای مشخص کردن ناهمگونی، زبری و تحرک سطح استفاده کرد. سطوحی که همگن نیستند حوزه هایی خواهند داشت که مانع حرکت خط تماس می شوند. زاویه لغزش یکی دیگر از معیارهای آبگریزی دینامیکی است و با نشستن یک قطره بر روی سطح و کج کردن سطح تا زمانی که قطره شروع به لغزش کند اندازه گیری می شود. به طور کلی، سیالات در حالت Cassie-Baxter نسبت به حالت Wenzel زوایای لغزش و پسماند زاویه تماس کمتری را نشان می دهند.

تحقیق و توسعه

دتر و جانسون در سال 1964 کشف کردند که پدیده اثر نیلوفر آبی فوق آبگریز با سطوح ناهموار آبگریز مرتبط است و آنها یک مدل نظری را بر اساس آزمایش هایی با دانه های شیشه ای پوشش داده شده با پارافین یا تلومر TFE ایجاد کردند. خواص خود تمیز شوندگی سطوح ریز نانوساختار فوق آبگریز در سال 1977 گزارش شد. پرفلوروآلکیل، پرفلوئوروپلی اتر و مواد فوق آبگریز تشکیل شده از پلاسما RF توسعه یافتند، بین سالهای 1986 و 1995 برای کاربردهای زیست پزشکی برای کاربردهای زیستی تجاری استفاده شدند. از اواسط دهه 1990. یک ترکیب سلسله مراتبی ابرآب گریز بادوام، اعمال شده در یک یا دو مرحله، در سال 2002 فاش شد، که حاوی ذرات با اندازه نانو ≤ 100 نانومتر است که بر روی سطحی با ویژگی‌های اندازه میکرون یا ذرات ≤ 100 میکرومتر اعمال می‌شود. ذرات بزرگتر برای محافظت از ذرات کوچک در برابر سایش مکانیکی مشاهده شد.

در یک مطالعه اخیر، ابرآب گریزی گزارش شده است که به دایمر آلکیل کتن (AKD) اجازه می دهد تا در سطوح فراکتال نانوساختار جامد شود. بسیاری از مقالات روش‌های ساخت برای ساخت سطوح فوق‌آبگریز، از جمله رسوب ذرات، روش‌های سل-ژل، پردازش پلاسما، رسوب بخار، و فناوری‌های ریخته‌گری را ارائه می‌کنند. فرصت‌های فعلی برای تحقیقات تأثیر عمدتاً در تحقیقات پایه و تولید عملی نهفته است. اخیراً بحث هایی در مورد کاربرد مدل های Wenzel و Cassie-Baxter مطرح شده است. در آزمایشی که برای به چالش کشیدن چشم انداز انرژی سطحی مدل Wenzel و Cassie-Baxter و ارتقای چشم انداز خط تماس طراحی شده بود، قطرات آب روی یک سایت آبگریز صاف در یک منطقه آبگریز خشن، یک سایت آبگریز خشن در یک منطقه آبگریز صاف قرار گرفتند. و یک سایت آبدوست در یک منطقه آبگریز. آزمایش‌ها نشان داد که شیمی و هندسه سطح در خط تماس تحت تأثیر زاویه تماس و پسماند زاویه تماس قرار می‌گیرد، اما سطح داخل خط تماس تأثیری ندارد. این استدلال که افزایش ناهمواری در خط تماس، تحرک قطرات را افزایش می دهد نیز ارائه شده است.