การเคลือบผิวแบบซุปเปอร์ไฮโดรโฟบิกสำหรับรักษาพื้นผิวโลหะ

          วงการวิทยาศาสตร์ได้มีการศึกษาและวิจัยต่างๆมากมาย ไม่ว่าจะเป็นทางด้าน เชิงตัวเลข ฟิสิกส์ ดาราศาสตร์ ชีววิทยา รวมทั้ง เคมี ซึ่งต่อมานักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นน้ำนั้นสามารถกลิ้งบนใบบัว(Lotus leaf)ได้ โดยที่พื้นใบบัวนั้นไม่เปียก เลยจึงทำการศึกษาค้นพบจึงได้ว่า บนใบบัวนั้นจะมีสารเคลือบชนิดนึง ที่คล้ายๆ wax หรือขี้ผึ้งเกาะติดอยู่บนใบบัว ซึ่งจะช่วยให้น้ำนั้นสามารถกลิ้งไปมาและชะล้างสิ่งสกปรกออกจากใบบัวได้ ต่อมานั้นหลักการLotus leaf นั้นได้ถูกนำไปใช้ต่างๆนาๆ แต่วันนี้เราจะยกตัวอย่างงานวิจัยชิ้นนึงที่ได้นำหลักการ lotus leaf ไปใช้ในการรักษาผิวโลหะ โดยที่ทีมวิจัยจาก  the Indian Institute of Technology (Indian School of Mines) และ Ohio State Universityนั้นได้ทำการเคลือบผิวบนวัสดุอะลูมิเนียมด้วย โพลี่ยูรีเทน และ ซิลิกอนไดออกไซด์ ด้วยอนุภาคนาโนและทำการเคลือบผิวด้วยเทคนิคสปินโค้ดบนวัสดุอะลูมิเนียม ซึ่งเทคนิคการเคลือบผิวด้วยสปินโค้ดนั้น จะเป็นการเคลือบผิวโดยที่เรานั้นหยดสารเคมีลงบนวัสดุ และพอเปิดตัวเครื่อง ตัวเครื่องจะมีแรงกำลังเหวี่ยงให้วัสดุที่ตั้งอยู่บนฐานนั้นเหวี่ยงไปมาเป็นวงกลม ทำให้สารที่ใช้ในเคลือบผิวนั้น สามารถเคลือบได้อย่างทั่วถึงพื้นผิว ซึ่งตัวอย่างที่นักวิจัยนั้นได้นำมาทดลองและสำเร็จนั้น ไม่ใช่เพียงแค่โลหะเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีวัสดุตัวอื่นๆอีกมากมาย เช่น อะลูมิเนียม แผ่นทองแดง และรวมทั้งกระจก เสื้อผ้า กระดาษ และ แผ่นไม้ ซึ่งจะเป็นการเคลือบทำให้พื้นผิวมีลักษณะ Superhydrophobic หรือ พื้นผิวไม่ชอบน้ำ ซึ่งงานวิจัยนี้อีกทั้งยังได้ถูกตีพิมพ์ลงในวรสาร  journal Philosophical Transactions of the Royal Society A. พอมาถึงในส่วนนี้อยากจะอธิบายเพิ่มเติมถึง Superhydrophobic หรือที่เราเรียกว่า การไม่ชอบน้ำ และ อีกกรณีนึงซึ่งก็คือ Superhydrophilic หรือการชอบน้ำนั้นคืออะไร           ซึ่งSuperhydrophobic และ Superhydrophilic นั้น จะเกิดจากแรงพื้นฐานหลักๆเลยก็คือ แรงcohesion(แรงเชื่อมแน่น) และ adhesion(แรงยึดติด) และ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสสารนั้นๆ ซึ่งในกรณีแรกSuperhydrophobic นั้น จะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลระหว่างสสารนั้นที่แข็งแรงมากขึ้น และแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลนั้นมากกว่าแรงที่ผิววัตถุนั้นๆทำให้เกิดแรงยึดติดระหว่างโมเลกุลของสสารนั้นมากกว่าจึงเกิดลักษณะของ กระเปราะหยดน้ำนั้นจะนูนขึ้น มีลักษณะวงกลมรี เราจึงเรียกลักษณะนี้ว่า Superhydrophobic และในทางตรงกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำนั้นจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสสารนั้นน้อยกว่าแรงที่ผิววัตถุนั้นๆทำให้เกิดแรงเชื่อมแน่นระหว่างโมเลกุลของสสาร และ พื้นที่ผิวของวัตถุนั้น จึงทำให้เกิดลักษณะของ กระเปราะหยดน้ำนั้นจะมีลักษณะแบนเป็นวงรีเสมอไปกับผิววัตถุ เราจึงเรียกลักษณะนี้ว่า Superhydrophilic ซึ่งจะเป็นหลักการคร่าวๆของการเกิด Superhydrophobic และ Superhydrophilic           ต่อมาจะเป็นการเตรียมพื้นผิวเพื่อสำหรับเคลือบ ซึ่งจะนำพื้นผิวตัวอย่างนั้นไปทำให้เกิดพื้นผิวหยาบบนแผ่นโลหะ ด้วยวิธีการจุ่มทางเคมีเพื่อทำให้พื้นผิวนั้นหยาบและเวลาหยดสารละลายลงบนพื้นผิวจะทำให้เกิดแรงยึดติด(Adhesion) ซึ่งเทคนิคการจุ่มทางเคมีนั้น จะเป็นการทำให้ผิวเรียบบนโลหะนั้นหลุดออกแล้วกลายเป็นพื้นผิวหยาบแทน ซึ่งทางทีมวิจัยนั้นได้ศึกษาหลายวิธีในการเคลือบผิววัสดุ ไม่ว่าจะเป็น การจุ่ม หรือ แบบสเปรย์ สุดท้ายเลือกวิธีแบบ สปินโค้ด เพราะ ว่าสามารถควบคุมความหนาของฟิลม์บนผิววัสดุนั้นๆได้ ซึ่งการทดสอบคุณสมบัติทางกลของการเคลือบผิวไม่ว่าจะเป็น การฉีดน้ำใส่ การขัดด้วยกระดาษ ผลปรากฏว่า มีความคงทนที่สูง ต่อมาจะเป็นการทดสอบคุณสมบัติการชะล้างด้วยตัวของมันเอง ซึ่งเมื่อผิวโลหะนั้นถูกเคลือบด้วยสารเคลือบแล้ว ปรากฏว่า หยดน้ำนั้นกลิ้งไปบนผิวโลหะและสามารถดึงสิ่งสกปรกบนผิวโลหะออกไปหมดได้ ถ้าเทียบกับ ผิวโลหะที่ไม่ได้ผ่านการเคลือบผิว เมื่อหยดน้ำลงไปหยดน้ำจะเกาะติดไม่สามารถกลิ้งได้นั่นเอง


          ซึ่งการนำหลักการนี้ไปใช้เป็นผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจำวันเรานั้นมีมากมายหลายอย่างด้วยกันไม่ว่าจะเป็น สเปรย์ที่เมื่อฉีดไปแล้วรองเท้านั้นจะสามารถเดินลุยน้ำโดยที่ไม่เปียกได้ แอร์ซึ่งเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้น ได้นำหลักการชะล้างด้วยตัวมันเองเอาไปใช้ในแอร์ โดยที่เราไม่ต้องเสียเวลายุ่งยาก เรียกช่างให้มาล้างแอร์ โดยที่เราสามารถเปิดใช้งานฟังก์ชั่น ล้างด้วยตัวมันเอง จะสามารถขจัดสิ่งสกปรก ไม่ว่าจะเป็นฝุ่น ผง ต่างๆออกจากตัวแอร์ รวมทั้งในอนาคตข้างหน้าจะมีการศึกษาเพิ่มเติมโดยการใช้สารเคมีทางออร์แกนิก มาใช้ในการเคลือบผิววัสดุโดยที่ไม่เป็นมลพิษ และ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมต่อไปในอนาคต
 

• https://www.thehindu.com/sci-tech/science/superhydrophobic-coating-to-save-metallic-surfaces/article31069547.ece
• https://www.researchgate.net/figure/Schematic-views-of-superhydrophilic-hydrophilic-hydrophobic-and-superhydrophobic_fig3_311559369
• https://www.nature.com/articles/s41563-018-0044-2
• https://advances.sciencemag.org/content/6/3/eaaw9727