Eine genaue Regulierung der Oberflächenhydrophilie und -hydrophobie ist für verschiedene industrielle Anwendungen von entscheidender Bedeutung, doch aktuellen Methoden mangelt es oft an Stabilität, Präzision und Skalierbarkeit. Ein Team von Wissenschaftlern hat eine durch Elektronenstrahlbestrahlung (EBI) unterstützte Beschichtungsmethode eingeführt, die einen zuverlässigen und skalierbaren Ansatz zur Steuerung der Oberflächenbenetzungseigenschaften bietet. Ihre Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Industrielle Chemie und Materialien.
„Unsere Studie konzentriert sich auf die Entwicklung einer skalierbaren und zuverlässigen Lösung zur Kontrolle der Hydrophilie und Hydrophobie von Oberflächen“, sagt Haozhe Li, der Erstautor der Huazhong University of Science and Technology. „Herkömmliche Methoden wie chemische Modifikation und externe Stimulation stehen oft vor Herausforderungen wie begrenzter Stabilität und Präzision, was es schwierig macht, die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erreichen.“
„Ein wesentlicher Vorteil unseres Ansatzes liegt in der Verwendung der Elektronenstrahlbestrahlung (EBI) als umweltfreundliche Technologie zur Beschichtungsmodifikation. EBI arbeitet bei Raumtemperatur und sorgt für eine ultraschnelle Aushärtung, ohne dass chemische Initiatoren oder Lösungsmittel erforderlich sind. Diese Methode nicht nur.“ vereinfacht den Beschichtungsprozess, reduziert aber auch die Umweltbelastung, die mit herkömmlichen Techniken verbunden ist, erheblich.“
Durch die Ermöglichung einer schnellen Vernetzung und Funktionalisierung erfüllt EBI die wachsende Nachfrage nach nachhaltigen Herstellungsverfahren bei gleichzeitig hoher Effizienz. Die Fähigkeit, gewünschte Oberflächeneigenschaften schnell und ohne schädliche Chemikalien zu erreichen, macht EBI zu einer transformativen Lösung für verschiedene industrielle Anwendungen.
In dieser Studie nutzte das Team Elektronenstrahlbestrahlung (EBI), um eine schnelle Aushärtung und eine präzise Kontrolle der Oberflächeneigenschaften zu ermöglichen, insbesondere durch den Einsatz der Thiol-En-Klick-Chemie. Dieser innovative Ansatz ermöglicht die gleichzeitige Pfropfung mehrerer Monomere auf feste Substrate und bietet so ein hohes Maß an Kontrolle über den Pfropfungsprozess. Durch die Anpassung der Verhältnisse verschiedener Monomere können Forscher die resultierenden Oberflächeneigenschaften mit außergewöhnlicher Genauigkeit anpassen, was EBI zu einer leistungsstarken Methode zur Herstellung maßgeschneiderter Beschichtungen macht.
Darüber hinaus arbeitet EBI bei Raumtemperatur und ermöglicht eine ultraschnelle Aushärtung, ohne dass chemische Initiatoren oder Lösungsmittel erforderlich sind. Dadurch wird der Modifikationsprozess erheblich vereinfacht und die Umweltbelastung im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsmethoden minimiert.
„Durch die Anpassung der Pfropfraten und Beladungsverhältnisse der Monomere können wir die Oberflächenhydrophilie und -hydrophobie zuverlässig und reproduzierbar steuern“, erklärt Li und unterstreicht das Potenzial der Methode für verschiedene Anwendungen, einschließlich der biomedizinischen Technik, wo kontrollierte Oberflächeninteraktionen unerlässlich sind.
Die wichtigste Erkenntnis aus der Studie ist, dass die EBI-gestützte Methode einen skalierbaren, umweltfreundlichen und hocheffizienten Prozess zur Beschichtungsmodifikation bietet. Die Möglichkeit, Kontaktwinkel von 50° bis 155° mithilfe einer breiten Palette von Vinylmonomeren einzustellen, unterstreicht die Flexibilität dieses Ansatzes bei der individuellen Anpassung von Oberflächeneigenschaften. Aufgrund der Einfachheit des Verfahrens, das weder chemische Initiatoren noch hohe Temperaturen erfordert, ist es besonders für industrielle Anwendungen geeignet.
Mit Blick auf die Zukunft möchte das Forschungsteam die Beziehung zwischen dem Elektronenstrahlbestrahlungsprozess und chemischen Formulierungen verfeinern. „Wir planen, eine genauere Kontrolle über die Pfropf- und Aushärtungsphasen zu etablieren, mit dem ultimativen Ziel, die Funktionalität dieser Beschichtungen für breitere industrielle Anwendungen zu erweitern“, sagt Li. Dies könnte zu neuen Entwicklungen in Bereichen wie Antiverschmutzungsbeschichtungen, Wärmeübertragungssystemen und Flüssigkeitstrennungstechnologien führen.
Zum Forschungsteam gehören Haozhe Li, Keyan Sheng, Zhiyan Chen, Shuai Hao, Zijian Zhou, Zhenyi Zhang, Xinwen Liu, Mianzhi Xiong, Yanlong Gu und Jiang Huang von der Huazhong University of Science and Technology.
Weitere Informationen:
Haozhe Li et al, Ein durch Elektronenstrahlbestrahlung unterstütztes Beschichtungsverfahren zur Regulierung von Hydrophilie und Hydrophobie, Industrielle Chemie und Materialien (2024). DOI: 10.1039/D4IM00015C
Bereitgestellt von Industrial Chemistry & Materials