Рідинно-відштовхувальні інфузовані поверхні: огляд сучасних тенденцій та перспектив
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-291-5-64-73Ключові слова:
рідинно-інфузовані поверхні, змочування, антиобмерзання, ; антикорозійний захистАнотація
У статті представлено узагальнений огляд сучасного стану досліджень у галузі рідинно-інфузованих поверхонь, що становлять перспективний напрям у створенні функціональних покриттів із керованими змочувальними властивостями. На основі аналізу актуальних літературних джерел розглянуто ключові фізико-хімічні принципи, що лежать в основі формування інфузованих поверхонь, включаючи наявність стабільного мастильного шару, утримуваного в капілярно-активній пористій або текстурованій матриці, поверхневу енергію твердого субстрату та механізми взаємодії між фазами. Порівняно властивості рідинно-інфузованих поверхонь (РІП) із традиційними супергідрофобними покриттями, зокрема щодо довговічності, стабільності при експлуатації в агресивному середовищі, а також самоочисної, антикорозійної та антиобмерзальної дії.
У статті систематизовано сучасні підходи до виготовлення РІП на основі як гідрофобних, так і гідрофільних текстур із подальшою інфузією мастил, що мають хімічну спорідненість із матрицею. Особливу увагу приділено використанню новітніх матеріалів, зокрема полімерів, наноструктурованих оксидів металів і біосумісних мастильних рідин, які забезпечують як функціональність, так і екологічну безпечність покриттів. Розглянуто створення адаптивних поверхонь, здатних до динамічної зміни своїх властивостей у відповідь на зовнішні стимули, зокрема вплив світла, температури або магнітного поля. Висвітлено ключові проблеми, пов’язані із забезпеченням механічної, хімічної та термічної стабільності РІП у реальних умовах експлуатації, включаючи цикли замерзання/танення, динамічні навантаження та контакт із агресивними рідинами.
Проаналізовано актуальні напрями застосування інфузованих поверхонь у сучасних технічних і промислових системах, зокрема в технологіях запобігання обмерзанню, антикорозійному захисті, біомедичних пристроях, мембранному розділенні рідин, мікрофлюїдних компонентах та покриттях із низьким коефіцієнтом зчеплення. Показано, що РІП мають значний міждисциплінарний потенціал для впровадження в енергетиці, охороні довкілля, транспорті, медицині та інших галузях, за умови подолання наявних технічних, технологічних і екологічних бар’єрів. Узагальнено перспективи подальшого розвитку цієї інноваційної технології в контексті матеріалознавства, прикладної інженерії та сталого виробництва.
Посилання
1. Widom B. Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves Capillarity and Wetting Phenomena: Drops, Bubbles, Pearls, Waves , Pierre-Gilles de Gennes , Françoise Brochard-Wyart , and David Quéré (translated from French by Axel Reisinger) Springer-Verlag, New York, 2004. ISBN 0-387-00592-7. Physics Today. 2004. Vol. 57, no. 12. P. 66–67. URL: https://doi.org/10.1063/1.1878340.
2. Bhushan B., Jung Y. C. Natural and biomimetic artificial surfaces for superhydrophobicity, self-cleaning, low adhesion, and drag reduction. Progress in Materials Science. 2011. Vol. 56, no. 1. P. 1–108. URL: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2010.04.003.
3. Quéré D. Wetting and Roughness. Annual Review of Materials Research. 2008. Vol. 38, no. 1. P. 71–99. URL: https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.38.060407.132434.
4. Richard D., Clanet C., Quéré D. Contact time of a bouncing drop. Nature. 2002. Vol. 417, no. 6891. P. 811. URL: https://doi.org/10.1038/417811a.
5. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity / T.-S. Wong et al. Nature. 2011. Vol. 477, no. 7365. P. 443–447. URL: https://doi.org/10.1038/nature10447.
6. Liquid-infused structured surfaces with exceptional anti-biofouling performance / A. K. Epstein et al. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012. Vol. 109, no. 33. P. 13182–13187. URL: https://doi.org/10.1073/pnas.1201973109.
7. Designing Liquid‐Infused Surfaces for Medical Applications: A Review / C. Howell et al. Advanced Materials. 2018. Vol. 30, no. 50. P. 1802724. URL: https://doi.org/10.1002/adma.201802724.
8. III. An essay on the cohesion of fluids. Philosophical transactions of the royal society of london. 1805. Vol. 95. P. 65–87. URL: https://doi.org/10.1098/rstl.1805.0005.
9. Contact angle, wettability, and adhesion / ed. by F. M. Fowkes. WASHINGTON, D.C. : AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 1964. URL: https://doi.org/10.1021/ba-1964-0043.
10. Owens D. K., Wendt R. C. Estimation of the surface free energy of polymers. Journal of applied polymer science. 1969. Vol. 13, no. 8. P. 1741–1747. URL: https://doi.org/10.1002/app.1969.070130815.
11. Van Oss C. J., Good R. J., Chaudhury M. K. Additive and nonadditive surface tension components and the interpretation of contact angles. Langmuir. 1988. Vol. 4, no. 4. P. 884–891. URL: https://doi.org/10.1021/la00082a018.
12. Enhanced condensation on lubricant-impregnated nanotextured surfaces / S. Anand et al. ACS nano. 2012. Vol. 6, no. 11. P. 10122–10129. URL: https://doi.org/10.1021/nn303867y.
13. Clean and effective construction of SLIPS from porous polymer surface prepared by supercritical CO2 foaming technology / C. Lv et al. Journal of cleaner production. 2024. P. 141398. URL: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141398.
14. Biomimetic liquid infused surface based on nano-porous array: corrosion resistance for tin metal and self-healing property / Y. Wei et al. Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects. 2022. P. 130482. URL: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.130482.
15. Silicon-Based superslippery/superhydrophilic striped surface for highly efficient fog harvesting / X. Ji et al. Materials. 2023. Vol. 16, no. 15. P. 5423. URL: https://doi.org/10.3390/ma16155423.
16. Photoswitchable liquid‐to‐solid transition of azobenzene‐decorated polysiloxanes / J. J. B. van der Tol et al. Advanced functional materials. 2023. URL: https://doi.org/10.1002/adfm.202301246.
17. Wei C., Gendelman O., Jiang Y. A superhydrophobicity–slipperiness switchable surface with magneto- and thermo-responsive wires for repelling complex droplets. Langmuir. 2024. URL: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c03556.
18. Durability of slippery liquid-infused surfaces: challenges and advances / D. Tripathi et al. Coatings. 2023. Vol. 13, no. 6. P. 1095. URL: https://doi.org/10.3390/coatings13061095.
19. Accelerated thermo-catalytic degradation of perfluoropolyether (PFPE) lubricants for space applications / M. Gleirscher et al. Lubricants. 2023. Vol. 11, no. 2. P. 81. URL: https://doi.org/10.3390/lubricants11020081.
20. Slippery surface for enhancing surface robustness and chemical stability / S. Lv et al. Journal of materials science. 2023. URL: https://doi.org/10.1007/s10853-023-08245-5.
21. Infusing paraffin-based lubricant into micro-/nanostructures for constructing slippery marine antifouling coatings / Z. Yang et al. Progress in organic coatings. 2023. Vol. 185. P. 107919. URL: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107919.
22. Designing impact resistance and robustness into slippery lubricant infused porous surfaces / V. Singh et al. Advanced materials. 2024. URL: https://doi.org/10.1002/adma.202409818.
23. Responsive slippery membrane with high efficiency in oil-water separation and mechano-bactericidal performances / J. Xu et al. Journal of membrane science. 2024. P. 123597. URL: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123597.
24. Ramanamane N., Pita M. Improved oil/water separation by employing packed-bed filtration of modified quartz particles. Water. 2025. Vol. 17, no. 9. P. 1339. URL: https://doi.org/10.3390/w17091339.
25. Prakash C. G. J., Prasanth R. Recent trends in fabrication of nepenthes inspired SLIPs: design strategies for self-healing efficient anti-icing surfaces. Surfaces and interfaces. 2020. Vol. 21. P. 100678. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100678.
26. Novel SLIPS based on the photo-thermal MOFs with enhanced anti-icing/de-icing properties / X. Fang et al. RSC advances. 2022. Vol. 12, no. 22. P. 13792–13796. URL: https://doi.org/10.1039/d2ra02046g.
27. Yaghoubi M., Parvini Ahmadi N., Yazdani S. Fabrication of slippery lubricant-infused porous surfaces of galvanized steel with durable anti-icing and anti-corrosion behavior. Materials today communications. 2025. Vol. 42. P. 111251. URL: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.111251.
28. Fabrication of slippery liquid-infused porous surfaces on magnesium alloys with durable anti-corrosion and anti-tribocorrosion properties / Q. Cai et al. Colloids and surfaces A: physicochemical and engineering aspects. 2023. P. 131549. URL: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131549.
