Kaca ultraslippery yang tangguh dapat menyebabkan pembersihan sendiri, jendela anti gores, lensa, dan panel surya.
Lapisan transparan, bioinspired yang baru menjadikan kaca biasa tangguh, membersihkan sendiri, dan sangat licin, sebuah tim dari Institut Wyss untuk Rekayasa Biologis di Universitas Harvard dan Sekolah Teknik dan Ilmu Terapan Harvard (SEAS) melaporkan secara online dalam edisi 31 Juli Komunikasi Alam.
Lapisan baru dapat digunakan untuk membuat lensa tahan lama, tahan gores untuk kacamata, membersihkan sendiri jendela, meningkatkan panel surya, dan perangkat diagnostik medis baru, kata peneliti utama Joanna Aizenberg, Ph.D., yang merupakan Anggota Fakultas Inti di Institut Wyss, Amy Smith Berylson, Profesor Ilmu Material di SEAS, dan Profesor Kimia dan Biologi Kimia.
Lapisan baru yang transparan membuat kaca biasa menjadi keras, ultraslippery, dan membersihkan sendiri. Lapisan ini didasarkan pada SLIPS - zat sintetis paling licin di dunia. Di sini, tetesan oktan yang dicelup dengan cepat membentuk dan menggulung kaca arloji dengan lapisan baru.
Lapisan baru ini dibangun di atas teknologi pemenang penghargaan yang dipelopori Aizenberg dan timnya yang disebut Permukaan Berpori Slippery Liquid-Infused Porous (SLIPS) - permukaan sintetis paling licin yang dikenal. Lapisan baru ini juga licin, tetapi jauh lebih tahan lama dan sepenuhnya transparan. Bersama-sama, kemajuan ini memecahkan tantangan yang sudah berlangsung lama dalam menciptakan materi yang bermanfaat secara komersial yang mengusir hampir semuanya.
SLIPS diilhami oleh strategi licin tanaman pemakan daging karnivora, yang memikat serangga ke permukaan daun ultraslippery yang licin, tempat mereka meluncur menuju kehancuran. Tidak seperti bahan yang menolak air sebelumnya, SLIPS mengusir minyak dan cairan lengket seperti madu, dan tahan terhadap pembentukan es dan biofilm bakteri juga.
Sementara SLIPS adalah kemajuan penting, itu juga "bukti prinsip" - langkah pertama menuju teknologi yang bernilai komersial, kata penulis utama Nicolas Vogel, Ph.D., seorang rekan pascadoktoral dalam fisika terapan di Harvard SEAS.
"SLIPS mengusir cairan berminyak dan cair, tetapi mahal untuk dibuat dan tidak transparan," kata Vogel.
Bahan SLIPS asli juga perlu diikat ke permukaan yang ada, yang seringkali tidak mudah.
"Akan lebih mudah untuk mengambil permukaan yang ada dan memperlakukannya dengan cara tertentu untuk membuatnya licin," jelas Vogel.
Vogel, Aizenberg, dan rekan mereka berusaha mengembangkan lapisan yang menyelesaikan ini dan berfungsi seperti SLIPS. Lapisan tipis pelumas cair SLIPS memungkinkan cairan mengalir dengan mudah di atas permukaan, sama seperti lapisan air yang tipis di gelanggang es membantu skater es meluncur.
Untuk membuat lapisan seperti SLIPS, para peneliti mengumpulkan koleksi partikel bola kecil polystyrene, bahan utama Styrofoam, pada permukaan kaca datar, seperti kumpulan bola Ping-Pong. Mereka menuangkan gelas cair pada mereka sampai bola lebih dari setengah terkubur dalam gelas. Setelah gelas mengeras, mereka membakar manik-manik, meninggalkan jaringan kawah yang menyerupai sarang lebah. Mereka kemudian melapisi sarang lebah itu dengan pelumas cair yang sama yang digunakan dalam SLIPS untuk membuat lapisan yang keras tapi licin.
"Struktur sarang lebah adalah apa yang memberi stabilitas mekanis pada lapisan baru," kata Aizenberg.
Dengan menyesuaikan lebar sel sarang lebah agar diameternya jauh lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya tampak, para peneliti menjaga lapisan dari memantulkan cahaya. Ini membuat kaca slide dengan lapisan sepenuhnya transparan.
Slide kaca berlapis ini mengusir berbagai macam cairan, seperti halnya SLIPS, termasuk air, oktan, anggur, minyak zaitun, dan saus tomat. Dan, seperti halnya SLIPS, lapisan tersebut mengurangi adhesi es ke kaca slide hingga 99 persen. Menjaga bahan agar bebas dari es penting karena es yang melekat dapat menurunkan kabel listrik, mengurangi efisiensi energi sistem pendingin, menunda pesawat terbang, dan membuat bangunan runtuh.
Yang penting, struktur sarang lebah dari lapisan SLIPS pada slide kaca memberikan kekokohan mekanis yang tiada tara. Ini tahan terhadap kerusakan dan tetap licin setelah berbagai perawatan yang dapat menggaruk dan membahayakan permukaan kaca biasa dan bahan penolak cairan populer lainnya, termasuk menyentuh, mengelupas selotip, dan menyeka dengan tisu.
“Kami menetapkan tujuan yang menantang: untuk merancang pelapis serbaguna yang sebagus SLIPS tetapi jauh lebih mudah untuk diterapkan, transparan, dan lebih keras - dan itulah yang kami kelola,” kata Aizenberg.
Tim sekarang mengasah metodenya untuk melapisi potongan kaca yang melengkung dengan lebih baik serta plastik bening seperti Plexiglas, dan untuk mengadaptasi metode untuk kerasnya manufaktur.
"Lapisan SLIPS baru Joanna mengungkapkan kekuatan mengikuti jejak Nature dalam mengembangkan teknologi baru," kata Don Ingber, M.D., Ph.D., Founding Director Wyss Institute. "Kami sangat gembira dengan berbagai aplikasi yang dapat menggunakan lapisan inovatif ini." Ingber juga adalah Profesor Biologi Vaskular Rakyat Yehuda di Sekolah Kedokteran Harvard dan Rumah Sakit Anak Boston, dan Profesor Bioteknologi di Harvard SEAS.
Melalui Institut WYSS