Des physiciens créent des surfaces métalliques super-hydrophobes

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Une équipe de physiciens de l’Université de Rochester a utilisé des lasers pour rendre des surfaces métalliques extrêmement hydrofuges, ou super-hydrophobes.

Une goutte d'eau rebondit sur une surface de platine traitée au laser. Crédit image : J. Adam Fenster / Université de Rochester.

Gouttelette d’eau rebondissant sur une surface de platine traitée au laser. Crédit photo : J. Adam Fenster / Université de Rochester.

Les matériaux super-hydrophobes sont souhaitables pour un certain nombre d’applications telles que la prévention de la rouille, l’antigivrage ou même les utilisations sanitaires. Cependant, la plupart des matériaux hydrophobes actuels reposent sur des revêtements chimiques.

Le professeur Chunlei Guo et le docteur Anatoliy Vorobyev de l’Institut d’optique de l’Université de Rochester ont mis au point une nouvelle technique de dessin au laser qui crée un motif complexe de structures à l’échelle micro et nanométrique pour conférer aux métaux des propriétés hydrophobes.

“L’un des grands avantages de ce procédé est que les structures créées par notre laser sur les métaux font intrinsèquement partie de la surface du matériau. Cela signifie qu’elles ne s’effacent pas. Et ce sont ces structures qui font que les métaux repoussent l’eau”, a déclaré le professeur Guo, qui est co-auteur de l’article publié dans le Journal of Applied Physics.

“Le matériau est si fortement hydrophobe que l’eau rebondit. Puis elle atterrit à nouveau sur la surface, rebondit à nouveau, et roule ensuite sur la surface.”

Les matériaux que les scientifiques ont créés sont beaucoup plus glissants que le Téflon (polytétrafluoroéthylène).

Contrairement aux métaux traités au laser par l’équipe, les outils de cuisine en téflon ne sont pas super-hydrophobes. La différence réside dans le fait que pour faire rouler l’eau sur un matériau revêtu de téflon, il faut incliner la surface à près de 70 degrés avant que l’eau ne commence à glisser. Pour faire glisser l’eau sur les métaux de l’équipe, il suffit de les incliner de moins de 5 degrés.

Lorsque l’eau rebondit sur les surfaces super-hydrophobes, elle recueille également les particules de poussière et les emmène avec elle. Pour tester cette propriété autonettoyante, les scientifiques ont pris de la poussière ordinaire dans un aspirateur et l’ont déversée sur la surface traitée. Environ la moitié des particules de poussière ont été éliminées avec seulement trois gouttes d’eau. Il n’a fallu qu’une douzaine de gouttes pour laisser la surface impeccable. Mieux encore, elle reste complètement sèche.

“Il faut actuellement une heure pour modeler un échantillon de métal de 1 pouce sur 1 pouce, et il serait nécessaire de mettre ce procédé à l’échelle avant de pouvoir l’utiliser en pratique.”

Les scientifiques cherchent également des moyens d’appliquer la technique à d’autres matériaux non métalliques.

Ils utilisent des impulsions laser extrêmement puissantes, mais ultracourtes, pour modifier la surface des métaux. Une impulsion laser femtoseconde dure de l’ordre d’un quadrillionième de seconde mais atteint une puissance de pointe équivalente à celle de l’ensemble du réseau électrique d’Amérique du Nord pendant sa courte durée.

Les chercheurs tiennent à souligner que cette même technique peut donner naissance à des métaux multifonctionnels.

Les métaux sont naturellement d’excellents réflecteurs de lumière. C’est pourquoi ils semblent avoir un éclat brillant. En les noircissant, on peut donc les rendre très efficaces pour absorber la lumière. La combinaison des propriétés d’absorption de la lumière et de l’hydrofugation des métaux pourrait conduire à des absorbeurs solaires plus efficaces – des absorbeurs solaires qui ne rouillent pas et ne nécessitent pas beaucoup de nettoyage.

L’équipe avait auparavant fait sauter des matériaux avec les lasers et les avait rendus hydrophiles, c’est-à-dire qu’ils attiraient l’eau. En fait, les matériaux étaient si hydrophiles que le fait de les mettre en contact avec une goutte d’eau faisait remonter l’eau.

Le professeur Guo et le docteur Vorobyev prévoient maintenant de se concentrer sur l’augmentation de la vitesse de modelage des surfaces avec le laser, ainsi que d’étudier comment étendre cette technique à d’autres matériaux tels que les semi-conducteurs ou les diélectriques, ouvrant ainsi la possibilité d’une électronique hydrofuge.

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