Ultrahydrophobicity
રસાયણશાસ્ત્ર અને સામગ્રી વિજ્ઞાનમાં, અલ્ટ્રાહાઇડ્રોફોબિક (અથવા સુપરહાઇડ્રોફોબિક) સપાટીઓ અત્યંત હાઇડ્રોફોબિક હોય છે, એટલે કે ભીની કરવી અત્યંત મુશ્કેલ હોય છે. અલ્ટ્રાહાઇડ્રોફોબિક પદાર્થ પર પાણીના ટીપાંના સંપર્ક ખૂણા 150° કરતાં વધી જાય છે. કમળના છોડના સુપરહાઇડ્રોફોબિક પાંદડા પછી આને કમળની અસર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આ પ્રકારની સપાટીઓ પર પ્રહાર કરતું એક ટીપું સ્થિતિસ્થાપક દડાની જેમ સંપૂર્ણપણે પલટાઈ શકે છે. વિશેષ સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓનો ઉપયોગ કરીને ઉછાળાના ટીપાંની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને વધુ ઘટાડી શકાય છે જે સમપ્રમાણતા તોડવા, પેનકેક ઉછાળવા અથવા વોટરબોલ ઉછાળાને પ્રોત્સાહન આપે છે. 1805 માં, થોમસ યંગે ગેસથી ઘેરાયેલા સરળ નક્કર સપાટી પર આરામ કરતા પ્રવાહી ટીપાં પર કામ કરતા બળોનું વિશ્લેષણ કરીને સંપર્ક કોણ θ ને વ્યાખ્યાયિત કર્યું. જ્યાં = ઘન અને વાયુ વચ્ચે આંતરમુખ તણાવ = ઘન અને પ્રવાહી વચ્ચે આંતરમુખ તણાવ = પ્રવાહી અને વાયુ વચ્ચે આંતરમુખ તણાવ θ ને સંપર્ક કોણ ગોનીઓમીટરનો ઉપયોગ કરીને માપી શકાય છે. વેન્ઝેલે નક્કી કર્યું કે જ્યારે પ્રવાહી માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટી સાથે ગાઢ સંપર્કમાં હોય, ત્યારે θ એ θW * માં બદલાશે જ્યાં r એ વાસ્તવિક વિસ્તાર અને અંદાજિત વિસ્તારનો ગુણોત્તર છે. વેન્ઝેલનું સમીકરણ દર્શાવે છે કે સપાટીની સૂક્ષ્મ રચના સપાટીની કુદરતી વૃત્તિને વધારે છે. હાઇડ્રોફોબિક સપાટી (જેનો મૂળ સંપર્ક કોણ 90° કરતા વધારે હોય છે) જ્યારે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્ડ થાય છે ત્યારે વધુ હાઇડ્રોફોબિક બને છે-તેનો નવો સંપર્ક કોણ મૂળ કરતા વધારે બને છે. જો કે, હાઇડ્રોફિલિક સપાટી (જેનો મૂળ સંપર્ક કોણ 90° કરતા ઓછો હોય છે) જ્યારે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્ડ થાય છે ત્યારે વધુ હાઇડ્રોફિલિક બને છે-તેનો નવો સંપર્ક કોણ મૂળ કરતા ઓછો બને છે. કેસી અને બેક્સટરને જાણવા મળ્યું કે જો પ્રવાહી માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્સની ટોચ પર લટકાવવામાં આવે, તો θ એ θCB * માં બદલાશે જ્યાં φ એ ઘનનું ક્ષેત્રફળ અપૂર્ણાંક છે જે પ્રવાહીને સ્પર્શે છે. કેસી-બેક્સટર રાજ્યમાં પ્રવાહી વેન્ઝેલ રાજ્ય કરતાં વધુ ગતિશીલ છે. બંને સમીકરણો સાથે નવા સંપર્ક કોણની ગણતરી કરીને વેન્ઝેલ અથવા કેસી-બેક્સટર સ્થિતિ અસ્તિત્વમાં હોવી જોઈએ કે કેમ તેની આગાહી કરી શકાય છે. મુક્ત ઊર્જા દલીલના લઘુતમકરણ દ્વારા, જે સંબંધ નાના નવા સંપર્ક કોણની આગાહી કરે છે તે અસ્તિત્વમાં હોવાની સૌથી વધુ સંભાવના છે. ગાણિતિક રીતે કહીએ તો, કેસી-બેક્સટર સ્થિતિ અસ્તિત્વમાં રહેવા માટે, નીચેની અસમાનતા સાચી હોવી જોઈએ. કેસી-બેક્સટર સ્થિતિ માટે તાજેતરના વૈકલ્પિક માપદંડો ભારપૂર્વક જણાવે છે કે કેસી-બેક્સટર સ્થિતિ ત્યારે અસ્તિત્વ ધરાવે છે જ્યારે નીચેના 2 માપદંડોને પૂર્ણ કરવામાં આવે છેઃ 1) સંપર્ક રેખા બળો અસમર્થિત ટીપાંના વજનના શારીરિક બળોને દૂર કરે છે અને 2) સૂક્ષ્મ રચનાઓ પ્રવાહીને રોકવા માટે પૂરતી ઊંચી હોય છે જે સૂક્ષ્મ રચનાઓને સૂક્ષ્મ રચનાઓના પાયાને સ્પર્શતા અટકાવે છે. સંપર્ક કોણ એ સ્થિર હાઇડ્રોફોબિસિટીનું માપ છે, અને સંપર્ક કોણ હિસ્ટ્રેસીસ અને સ્લાઇડ કોણ ગતિશીલ માપ છે. સંપર્ક કોણ હિસ્ટ્રેસીસ એ એક એવી ઘટના છે જે સપાટીની વિજાતીયતાને દર્શાવે છે. જ્યારે પાઇપેટ પ્રવાહીને ઘન પર દાખલ કરે છે, ત્યારે પ્રવાહી અમુક સંપર્ક કોણ બનાવશે. જેમ જેમ નળી વધુ પ્રવાહી દાખલ કરે છે, તેમ તેમ ટીપું કદમાં વધારો કરશે, સંપર્ક કોણ વધશે, પરંતુ તેની ત્રણ તબક્કાની સીમા ત્યાં સુધી સ્થિર રહેશે જ્યાં સુધી તે અચાનક બહારની તરફ આગળ નહીં વધે. બહારની તરફ આગળ વધતા પહેલા ટીપાંના સંપર્ક કોણને આગળ વધતા સંપર્ક કોણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઘટતો સંપર્ક કોણ હવે પ્રવાહીને ટીપુંમાંથી પાછું પમ્પ કરીને માપવામાં આવે છે. ટીપું કદમાં ઘટશે, સંપર્ક કોણ ઘટશે, પરંતુ તેની ત્રણ તબક્કાની સીમા ત્યાં સુધી સ્થિર રહેશે જ્યાં સુધી તે અચાનક અંદરની તરફ ઘટશે નહીં. અંદરની તરફ ઘટતા પહેલાં તરત જ ટીપુંનો સંપર્ક કોણ ઘટતો સંપર્ક કોણ તરીકે ઓળખાય છે. આગળ વધતા અને ઘટતા સંપર્ક ખૂણા વચ્ચેના તફાવતને સંપર્ક કોણ હિસ્ટ્રેસીસ કહેવામાં આવે છે અને તેનો ઉપયોગ સપાટીની વિષમતા, કઠોરતા અને ગતિશીલતાને દર્શાવવા માટે થઈ શકે છે. જે સપાટીઓ સજાતીય નથી તેમાં ડોમેન્સ હશે જે સંપર્ક રેખાના ગતિને અવરોધે છે. સ્લાઇડ એંગલ એ હાઇડ્રોફોબિસિટીનું બીજું ગતિશીલ માપ છે અને તેને સપાટી પર એક ટીપું જમા કરીને અને જ્યાં સુધી ટીપું સ્લાઇડ કરવાનું શરૂ ન કરે ત્યાં સુધી સપાટીને નમાવીને માપવામાં આવે છે. કેસી-બેક્સટર અવસ્થામાં પ્રવાહી સામાન્ય રીતે વેન્ઝેલ અવસ્થાની સરખામણીમાં નીચલા સ્લાઇડ ખૂણા અને સંપર્ક ખૂણા હિસ્ટ્રેસીસ દર્શાવે છે. તેની શરતી સ્થિતિ (વેન્ઝેલ અથવા કેસી-બેક્સટર), સંપર્ક કોણ અને સંપર્ક કોણ ઉન્માદ માટે કૃત્રિમ સૂક્ષ્મ અથવા નેનો-બનાવટી સપાટીની અસરકારકતાની આગાહી કરવા માટે એક સરળ મોડેલનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આ મોડેલનું મુખ્ય પરિબળ સંપર્ક રેખાની ઘનતા, λ છે, જે આપેલ એકમ વિસ્તાર પરની તીવ્રતાની કુલ પરિમિતિ છે. ક્રિટિકલ કોન્ટેક્ટ લાઇન ડેન્સિટી λC એ શરીર અને સપાટીના બળોનું કાર્ય છે, તેમજ ટીપાંના અંદાજિત ક્ષેત્રનું કાર્ય છે. જ્યાં ρ = પ્રવાહી ટીપુંની ઘનતા g = ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પ્રવેગક V = પ્રવાહી ટીપુંનું કદ θa = આગળ વધતું સ્પષ્ટ સંપર્ક કોણ θa, 0 = સરળ સબસ્ટ્રેટનો આગળ વધતો સંપર્ક કોણ γ = પ્રવાહીનું સપાટીનું તાણ w = ટાવર દિવાલ કોણ જો λ> λC હોય, તો ટીપાં કેસી-બેક્સટર સ્થિતિમાં સ્થગિત થાય છે. નહિંતર, ટીપું વેન્ઝેલ સ્થિતિમાં તૂટી જશે. કેસી-બેક્સટર સ્થિતિમાં અદ્યતન આગળ વધતા અને ઘટતા સંપર્ક ખૂણાઓની ગણતરી કરવા માટે, નીચેના સમીકરણોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. વેન્ઝેલ સ્થિતિ સાથે પણઃ જ્યાં λp = એસ્પેરિટી θr પર સંપર્ક રેખાનું રેખીય અપૂર્ણાંક, 0 = સ્મૂથ સબસ્ટ્રેટનો ઘટતો સંપર્ક કોણ θએયર = પ્રવાહી અને હવા વચ્ચેનો સંપર્ક કોણ (સામાન્ય રીતે 180° હોવાનું માનવામાં આવે છે) યુનિટરી વિરુદ્ધ હાયરાર્કિકલ રફનેસ સ્ટ્રક્ચર્સ એમ. નોસોનોવ્સ્કી અને બી. ભૂષણે માઇક્રો અને નેનો રફનેસની એકાત્મક (નોન-હાયરાર્કિકલ) સ્ટ્રક્ચર્સ અને હાયરાર્કિકલ સ્ટ્રક્ચર્સ (નેનો રફનેસ સાથે આવરી લેવામાં આવેલી માઇક્રો રફનેસ) ની અસરનો અભ્યાસ કર્યો. તેમને જાણવા મળ્યું કે અધિક્રમિક માળખું માત્ર ઉચ્ચ સંપર્ક ખૂણા માટે જ જરૂરી નથી પરંતુ પાણી-ઘન અને પાણી-હવા આંતરપૃષ્ઠ (સંયુક્ત આંતરપૃષ્ઠ) ની સ્થિરતા માટે પણ જરૂરી છે. બાહ્ય વિક્ષેપને કારણે, પ્રવાહી-હવાના આંતરછેદ પર સ્થાયી કેશિકા તરંગની રચના થઈ શકે છે. જો કેશિલરી તરંગનું કંપનવિસ્તાર એસ્પેરિટીની ઊંચાઈ કરતા વધારે હોય, તો પ્રવાહી એસ્પેરિટી વચ્ચેની ખીણને સ્પર્શ કરી શકે છે; અને જો જે ખૂણો હેઠળ પ્રવાહી ઘનના સંપર્કમાં આવે છે તે h0 કરતા વધારે હોય, તો તે ખીણને ભરવા માટે પ્રવાહી માટે ઊર્જાસભર રીતે નફાકારક છે. કેશિકા તરંગોની અસર તરંગ કંપનવિસ્તારની સરખામણીમાં ઊંચાઈ ધરાવતી નાની ઊંચાઈઓ માટે વધુ સ્પષ્ટ થાય છે. આનું ઉદાહરણ એકાત્મક રફનેસના કિસ્સામાં જોવા મળે છે, જ્યાં એસ્પરિતીનું એમ્પ્લિટ્યુડ ખૂબ ઓછું હોય છે. આ જ કારણ છે કે એકાત્મક ઈન્ટરફેસની અસ્થિરતાની સંભાવના ખૂબ વધારે હશે. જો કે, તાજેતરના એક અભ્યાસમાં, ઇયાલ બિટ્ટૌન અને અબ્રાહમ મર્મુરે શોધી કાઢ્યું હતું કે બહુસ્તરીય કઠોરતા સુપરહાઇડ્રોફોબિસિટી માટે જરૂરી નથી પરંતુ સપાટીની યાંત્રિક સ્થિરતા માટે ફાયદાકારક છે. પ્રકૃતિમાં ઉદાહરણો પ્રકૃતિમાં જોવા મળતી ઘણી ખૂબ જ હાઇડ્રોફોબિક સામગ્રી કેસીના નિયમ પર આધાર રાખે છે અને સબમાઇક્રોમીટર સ્તર પર બાયફેસિક હોય છે. કેટલાક છોડ પરના બારીક વાળ હાઇડ્રોફોબિક હોય છે, જે તેમની પ્રકાશસંશ્લેષક સપાટીઓમાંથી સૂર્યપ્રકાશને અવરોધિત કરતી ગંદકીને આકર્ષવા અને દૂર કરવા માટે પાણીના દ્રાવક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરવા માટે રચાયેલ છે. આ કમળ અસરથી પ્રેરિત થઈને, ઘણી કાર્યાત્મક સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ વિકસાવવામાં આવી છે. વોટર સ્ટ્રાઈડર એ એવા જંતુઓ છે જે પાણીની સપાટી પર રહે છે, અને તેમના શરીર હાઇડ્રોફ્યુજ તરીકે ઓળખાતા વિશિષ્ટ વાળના થાંભલાઓને કારણે અસરકારક રીતે ભીનાશ પામે છે; તેમના શરીરની ઘણી સપાટીઓ આ વિશિષ્ટ "વાળના થાંભલાઓ" થી ઢંકાયેલી હોય છે, જે નાના વાળથી બનેલી હોય છે, જે એટલી નજીકથી અંતરે હોય છે કે ત્યાં પ્રતિ મી. મી. એક હજારથી વધુ માઇક્રોહેયર હોય છે, જે હાઇડ્રોફોબિક સપાટી બનાવે છે. સમાન જળભૃત સપાટીઓ અન્ય જંતુઓમાં જાણીતી છે, જેમાં જળચર જંતુઓનો સમાવેશ થાય છે, જે તેમનું મોટાભાગનું જીવન પાણીમાં ડૂબી જાય છે, જેમાં હાઇડ્રોફોબિક વાળ તેમના શ્વસનતંત્રમાં પાણીના પ્રવેશને અટકાવે છે. ગરોળીની કેટલીક પ્રજાતિઓ, જેમ કે ગેકોસ અને એનોલ્સની ત્વચાની સપાટીને પણ અત્યંત હાઇડ્રોફોબિક તરીકે દસ્તાવેજીકરણ કરવામાં આવી છે, અને તે સ્વ-સફાઈ અથવા પાણીની અંદર શ્વાસ લેવાની સુવિધા આપી શકે છે. કેટલાક પક્ષીઓ તેમના હાઇડ્રોફોબિક પીંછા આવરણને કારણે મહાન તરવૈયાઓ છે. પેંગ્વિન હવાના એક સ્તરમાં કોટેડ હોય છે અને જ્યારે પાણીમાંથી કૂદીને ઊંચી જમીન પર ઊતરવાની જરૂર હોય ત્યારે તે ફસાયેલી હવાને ઝડપથી વેગ આપવા માટે મુક્ત કરી શકે છે. સ્વિમિંગ કરતી વખતે એર કોટ પહેરવાથી ખેંચાણ ઘટે છે અને હીટ ઇન્સ્યુલેટર તરીકે પણ કામ કરે છે. તાજેતરના સંશોધન ડેટ્રે અને જ્હોન્સને 1964માં શોધ્યું હતું કે સુપરહાઇડ્રોફોબિક કમળ અસરની ઘટના રફ હાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ સાથે સંબંધિત હતી, અને તેઓએ પેરાફિન અથવા ટી. એફ. ઇ. ટેલોમેર સાથે કોટેડ કાચના મણકા સાથેના પ્રયોગો પર આધારિત એક સૈદ્ધાંતિક મોડેલ વિકસાવ્યું હતું. સુપરહાઇડ્રોફોબિક માઇક્રો-નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ સપાટીઓના સ્વ-સફાઈ ગુણધર્મની જાણ 1977માં કરવામાં આવી હતી. પરફ્લુઓરોઆલ્કીલ, પરફ્લુઓરોપોલીથર અને આરએફ પ્લાઝ્મા રચાયેલી સુપરહાઇડ્રોફોબિક સામગ્રી વિકસાવવામાં આવી હતી, જેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોવેટિંગ માટે કરવામાં આવ્યો હતો અને 1986 અને 1995 ની વચ્ચે બાયો-મેડિકલ એપ્લિકેશન્સ માટે વ્યાપારીકરણ કરવામાં આવ્યું હતું. 1990ના દાયકાના મધ્યભાગથી અન્ય ટેકનોલોજી અને ઉપયોગો ઉભરી આવ્યા છે. એક કે બે તબક્કામાં લાગુ કરાયેલ ટકાઉ સુપરહાઇડ્રોફોબિક અધિક્રમિક રચના 2002માં જાહેર કરવામાં આવી હતી, જેમાં માઇક્રોમીટર-કદના લક્ષણો અથવા કણો ધરાવતી સપાટીને ઢાંકતા નેનો-કદના કણો ≤100 નેનોમીટરનો સમાવેશ થાય છે. નાના કણોને યાંત્રિક ઘર્ષણથી બચાવવા માટે મોટા કણો જોવા મળ્યા હતા. ટકાઉ, ઓપ્ટિકલી પારદર્શક સુપરહાઇડ્રોફોબિક અને ઓલિયોફોબિક કોટિંગ્સ 2012 માં વિકસાવવામાં આવ્યા હતા જેમાં 10 થી 100 એનએમ કદની શ્રેણીમાં નેનો કણો સામેલ હતા. સુપરહાઇડ્રોફોબિસિટીમાં સંશોધન તાજેતરમાં એક પત્ર સાથે વેગ પામ્યું છે જેમાં એલ્કિલકેટીન ડાયમર (એકેડી) ને નેનોસ્ટ્રક્ચર્ડ ફ્રેક્ટલ સપાટીમાં મજબૂત થવાની મંજૂરી આપીને ઉત્પાદિત માનવસર્જિત સુપરહાઇડ્રોફોબિક નમૂનાઓની જાણ કરવામાં આવી છે. ત્યારથી ઘણા કાગળોએ કણ સંચય, સોલ-જેલ તકનીકો, પ્લાઝ્મા સારવાર, વરાળ સંચય અને કાસ્ટિંગ તકનીકો સહિત સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓના ઉત્પાદન માટે બનાવટ પદ્ધતિઓ રજૂ કરી છે. સંશોધનની અસર માટેની વર્તમાન તક મુખ્યત્વે મૂળભૂત સંશોધન અને વ્યવહારુ ઉત્પાદનમાં છે. વેન્ઝેલ અને કેસી-બેક્સટર મોડેલોની લાગુ પડવાની બાબતમાં તાજેતરમાં ચર્ચાઓ થઈ છે. વેન્ઝેલ અને કેસી-બેક્સટર મોડેલના સપાટી ઊર્જા પરિપ્રેક્ષ્યને પડકારવા અને સંપર્ક રેખા પરિપ્રેક્ષ્યને પ્રોત્સાહન આપવા માટે રચાયેલ એક પ્રયોગમાં, પાણીના ટીપાંને રફ હાઇડ્રોફોબિક ક્ષેત્રમાં સરળ હાઇડ્રોફોબિક સ્થળ, સરળ હાઇડ્રોફોબિક ક્ષેત્રમાં રફ હાઇડ્રોફોબિક સ્થળ અને હાઇડ્રોફોબિક ક્ષેત્રમાં હાઇડ્રોફિલિક સ્થળ પર મૂકવામાં આવ્યા હતા. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે સંપર્ક રેખા પર સપાટીના રસાયણશાસ્ત્ર અને ભૂમિતિએ સંપર્ક કોણ અને સંપર્ક કોણ હિસ્ટ્રેસીસને અસર કરી હતી, પરંતુ સંપર્ક રેખાની અંદરના સપાટીના વિસ્તારની કોઈ અસર નહોતી. એક એવી દલીલ પણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે કે સંપર્ક રેખામાં દાંતાળું વધવાથી ટીપાંની ગતિશીલતામાં વધારો થાય છે. સંપર્ક રેખામાં દાંતાળુંપણું પ્રાયોગિક રીતે માપવા માટેની એક પદ્ધતિ ઓછા ગલન તાપમાનની ધાતુને ઓગાળીને સૂક્ષ્મ/નેનો સંરચિત સપાટીઓ પર જમા કરવાનો ઉપયોગ કરે છે. જ્યારે ધાતુ ઠંડુ થાય છે અને મજબૂત થાય છે, ત્યારે તેને સપાટી પરથી દૂર કરવામાં આવે છે, પલટી દેવામાં આવે છે અને સંપર્ક રેખા સૂક્ષ્મ ભૂમિતિ માટે નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. ટ્યુન કરી શકાય તેવી ભીની સપાટી બનાવવાની દિશામાં કેટલાક પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા છે. સ્વયંસ્ફુરિત ટીપાંની ગતિશીલતાના હેતુ માટે, સપાટીની મુક્ત ઊર્જાને ધીમે ધીમે વધારવા માટે વિવિધ ટાવરની પહોળાઈ અને અંતર સાથે સપાટી બનાવી શકાય છે. આ વલણ દર્શાવે છે કે જેમ જેમ ટાવરની પહોળાઈ વધે છે તેમ તેમ મુક્ત ઊર્જા અવરોધ મોટો થાય છે અને સંપર્ક કોણ ઘટે છે, જેનાથી સામગ્રીની હાઇડ્રોફોબિસિટીમાં ઘટાડો થાય છે. ટાવરનું અંતર વધવાથી સંપર્ક કોણમાં વધારો થશે, પરંતુ મુક્ત ઊર્જા અવરોધમાં પણ વધારો થશે. ટીપાં કુદરતી રીતે નબળા હાઇડ્રોફોબિસિટીવાળા વિસ્તારો તરફ આગળ વધે છે, તેથી ટીપાંને સ્વયંભૂ એક સ્થળેથી બીજા સ્થળે ખસેડવા માટે, આદર્શ સપાટીમાં નાના અંતરવાળા નાના પહોળાઈવાળા ટાવરથી નાના અંતરવાળા મોટા પહોળાઈવાળા ટાવરનો સમાવેશ થાય છે. આ સ્વયંસ્ફુરિત ગતિ માટે એક ચેતવણી એ છે કે સ્થિર ટીપાંને ખસેડવા માટેનો પ્રતિકાર. પ્રારંભિક ટીપાંની ગતિ માટે બાહ્ય ઉત્તેજનાની જરૂર પડે છે, જે સપાટીના કંપન જેટલું મોટું હોય અથવા એક સરળ સિરીંજ "દબાણ" જેટલું નાનું હોય કારણ કે તે સોયમાંથી મુક્ત થાય છે. સહેલાઈથી ટ્યુન કરી શકાય તેવી ભીનાશશીલતાનું ઉદાહરણ ખાસ વિકસિત કાપડ સાથે જોવા મળે છે. ડીપ-કોટેડ વ્યાપારી કાપડને ખેંચીને, સંપર્ક ખૂણાઓને સામાન્ય રીતે વધારવાની મંજૂરી આપવામાં આવી હતી. આ મોટે ભાગે ટાવર અંતરમાં વધારાને કારણે થાય છે. જો કે, આ વલણ ઉચ્ચ તાણ સાથે વધુ હાઇડ્રોફોબિસિટી તરફ ચાલુ રહેતું નથી. આખરે, કેસી-બેક્સટર રાજ્ય અસ્થિરતામાં પહોંચે છે અને કાપડને પલાળીને વેન્ઝેલ રાજ્યમાં પરિવર્તિત થાય છે. નેનો ટેકનોલોજીમાં બાયોમિમેટિક સુપરહાઇડ્રોફોબિક સામગ્રીનું ઉદાહરણ નેનોપિન ફિલ્મ છે. એક અભ્યાસમાં વેનેડિયમ પેન્ટોક્સાઇડ સપાટી રજૂ કરવામાં આવી છે જે યુવી કિરણોત્સર્ગના પ્રભાવ હેઠળ સુપરહાઇડ્રોફોબિસિટી અને સુપરહાઇડ્રોફિલિસિટી વચ્ચે ઉલટાવી શકે છે. અભ્યાસ મુજબ કોઈપણ સપાટીને ગુલાબ જેવા કણોના સસ્પેન્શનના ઉપયોગ દ્વારા આ અસરમાં સુધારી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે ઇંકજેટ પ્રિન્ટર સાથે. ફરી એકવાર હાઇડ્રોફોબિસિટી ઇન્ટરલેમિનાર એર પોકેટ્સ (2,1 એનએમ અંતર દ્વારા અલગ) દ્વારા પ્રેરિત થાય છે. યુવી અસર પણ સમજાવવામાં આવી છે. યુવી પ્રકાશ ઇલેક્ટ્રોન-છિદ્ર જોડી બનાવે છે, જેમાં છિદ્રો જાળીવાળા ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે જે સપાટી પર ઓક્સિજનની ખાલી જગ્યાઓ બનાવે છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ઘટાડે છે. ઓક્સિજનની ખાલી જગ્યાઓ પાણી દ્વારા પૂરી થાય છે અને વેનેડિયમ સપાટી દ્વારા આ પાણીનું શોષણ તેને હાઇડ્રોફિલિક બનાવે છે. અંધારામાં વિસ્તૃત સંગ્રહ દ્વારા, પાણીને ઓક્સિજન દ્વારા બદલવામાં આવે છે અને હાઇડ્રોફિલિસિટી ફરી એકવાર ખોવાઈ જાય છે. બાયોમિમેટિક સપાટીના અન્ય ઉદાહરણમાં સામાન્ય પોલિમર પોલીકાર્બોનેટ પર સૂક્ષ્મ ફૂલોનો સમાવેશ થાય છે. સૂક્ષ્મ/નેનો દ્વિસંગી માળખાં (એમ. એન. બી. એસ.) કમળના પાંદડાના લાક્ષણિક સૂક્ષ્મ/નેનોસ્ટ્રક્ચરનું અનુકરણ કરે છે. આ સૂક્ષ્મ ફૂલો નેનોસ્કેલ સુવિધાઓ પ્રદાન કરે છે જે ઓછી સપાટી ઊર્જા કોટિંગ્સના ઉપયોગ વિના સપાટીની હાઇડ્રોફોબિસિટીમાં વધારો કરે છે. આસપાસના વિવિધ સાપેક્ષ ભેજ પર વરાળ-પ્રેરિત તબક્કાના વિભાજન દ્વારા સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીની રચનાને કારણે સપાટીના સંપર્ક ખૂણામાં સમાન ફેરફાર થયો. તૈયાર કરેલી સપાટીઓ 160° કરતા વધુ સંપર્ક ખૂણાઓ આપે છે, જેમાં લાક્ષણિક સરકતા ખૂણાઓ 10°ની આસપાસ હોય છે. તાજેતરના એક અભ્યાસમાં તારોના પાંદડા પર મધમાખી જેવી સૂક્ષ્મ રચનાઓ જોવા મળી છે, જે પાંદડાને સુપરહાઇડ્રોફોબિક બનાવે છે. આ અભ્યાસમાં તારોના પાંદડા પર માપવામાં આવેલ સંપર્ક કોણ લગભગ 148 ડિગ્રી છે. નીચા સપાટી ઊર્જા કોટિંગ્સ પણ સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટી પ્રદાન કરી શકે છે. સ્વ-એસેમ્બલ મોનોલેયર (SAM) કોટિંગ આવી સપાટીઓ પ્રદાન કરી શકે છે. હાઇડ્રોફોબિક સપાટી જાળવવા માટે, માથાના જૂથો સપાટી સાથે નજીકથી જોડાય છે, જ્યારે હાઇડ્રોફોબિક માઇસેલ્સ સપાટીથી દૂર સુધી ફેલાય છે. તમે સબસ્ટ્રેટ પર એસએએમ કોટની માત્રામાં ફેરફાર કરીને, કોઈ વ્યક્તિ હાઇડ્રોફોબિસિટીની માત્રામાં ફેરફાર કરી શકે છે. ખાસ સુપરહાઇડ્રોફોબિક એસએએમમાં સબસ્ટ્રેટ સાથે બંધનકર્તા હાઇડ્રોફોબિક હેડ ગ્રુપ હોય છે. આવા એક કાર્યમાં, 1-ડોડેકેનેથિઓલ (DT;) ને સંયુક્ત સબસ્ટ્રેટ પર એસેમ્બલ કરવામાં આવે છે, જે 170.3 ° ના સંપર્ક ખૂણા ઉત્પન્ન કરે છે. મોનોલેયર્સને યુવી સ્રોતથી પણ દૂર કરી શકાય છે, જેનાથી હાઇડ્રોફોબિસિટીમાં ઘટાડો થાય છે. એક સરળ ફેબ્રિકેશન પદ્ધતિ ઓક્ટાડેસિલ્ટ્રિક્લોરોસિલેન (ઓટીએસ) નો ઉપયોગ કરીને એક પગલામાં માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને નીચું સપાટીનું તાણ બંને બનાવી શકે છે. સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ વરાળ સ્તરને સ્થિર બનાવીને લીડેનફ્રોસ્ટ અસરને સ્થિર કરવામાં સક્ષમ છે. એકવાર વરાળનું સ્તર સ્થાપિત થઈ જાય પછી, ઠંડક ક્યારેય સ્તરને તોડી પાડતી નથી, અને કોઈ ન્યુક્લેટ ઉત્કલન થતું નથી; તેના બદલે સ્તર ધીમે ધીમે ત્યાં સુધી આરામ કરે છે જ્યાં સુધી સપાટી ઠંડુ ન થાય. નિયંત્રિત ભૂમિતિ સાથે સુપરહાઇડ્રોફોબિક પોલિમર સપાટીઓનું નિર્માણ કરવું ખર્ચાળ અને સમય માંગી શકે છે, પરંતુ વ્યાપારી સ્રોતોની એક નાની સંખ્યા સંશોધન પ્રયોગશાળાઓ માટે નમૂનાઓ પ્રદાન કરે છે. સંભવિત ઉપયોગો સુપરહાઇડ્રોફોબિક પદાર્થો પર સક્રિય તાજેતરના સંશોધન આખરે ઔદ્યોગિક ઉપયોગો તરફ દોરી શકે છે. સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટી બનાવવાના કેટલાક પ્રયાસોમાં કમળના પાનની સપાટીની નકલ કરવાનો સમાવેશ થાય છે, જે બે-સ્તરીય લાક્ષણિકતા છે. આના માટે માઇક્રો-સ્કેલ સપાટીઓની જરૂર પડે છે જેની ઉપર સામાન્ય રીતે નેનોસ્કેલ સુવિધાઓ હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોલ-જેલ તકનીક દ્વારા સિલિકા અથવા ટાઇટેનિયાના કણો સાથે સુતરાઉ કાપડને કોટિંગ કરવાની એક સરળ દિનચર્યા નોંધવામાં આવી છે, જે ફેબ્રિકને યુવી પ્રકાશથી રક્ષણ આપે છે અને તેને સુપરહાઇડ્રોફોબિક બનાવે છે. તેવી જ રીતે, સિલિકા નેનોપાર્ટિકલ્સ પહેલેથી જ હાઇડ્રોફોબિક કાર્બન ફેબ્રિકની ટોચ પર જમા કરી શકાય છે. કાર્બન ફેબ્રિક પોતે જ સ્વાભાવિક રીતે હાઇડ્રોફોબિક તરીકે ઓળખાય છે, પરંતુ તેનો સંપર્ક કોણ 150° કરતા વધારે ન હોવાથી તેને સુપરહાઇડ્રોફોબિક તરીકે ઓળખવામાં આવતું નથી. સિલિકા નેનોપાર્ટિકલ્સના સંલગ્નતા સાથે, 162° જેટલા ઊંચા સંપર્ક ખૂણા પ્રાપ્ત થાય છે. કારની વિન્ડશીલ્ડ્સ અને સ્વ-સફાઈની બારીઓ માટે પારદર્શક હાઇડ્રોફોબિક સામગ્રી વિકસાવવા માટે સિલિકા નેનો-કણોનો ઉપયોગ કરવો પણ રસપ્રદ છે. પહેલેથી જ પારદર્શક સપાટીને નેનો-સિલિકા સાથે આશરે 1 ડબલ્યુટી% સાથે કોટિંગ કરીને, ટીપાંના સંપર્ક ખૂણાઓને 12° સ્લાઇડિંગ ખૂણા સાથે 168° સુધી વધારી શકાય છે. રેખીય લો-ડેન્સિટી પોલિઇથિલિન સુપરહાઇડ્રોફોબિક બનાવવા માટે એક કાર્યક્ષમ દિનચર્યા નોંધવામાં આવી છે અને આમ સ્વ-સફાઈ; આવી સપાટી પર જમા થયેલી 99 ટકા ગંદકી સરળતાથી દૂર થઈ જાય છે. પેટર્નવાળી સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ પણ લેબ-ઓન-એ-ચિપ, માઇક્રોફ્લુઇડિક ઉપકરણો માટે વચનો ધરાવે છે અને સપાટી આધારિત જૈવ વિશ્લેષણમાં ભારે સુધારો કરી શકે છે. કાપડ ઉદ્યોગમાં, સુપરહાઇડ્રોફોબિસિટી એ 20° કે તેથી ઓછા પાણીના સ્થિર વળાંકના ખૂણાઓનો સંદર્ભ આપે છે. જીવંત એપ્લિકેશનમાં સુપરહાઇડ્રોફોબિક અસરનું ઉદાહરણ અમેરિકાના કપમાં ટીમ એલિંગી છે જે ખાસ સારવાર કરાયેલ સઢવાળી જેકેટનો ઉપયોગ કરે છે. સારવાર પરંપરાગત ફ્લોરિન રસાયણશાસ્ત્ર સાથે સંયોજનમાં માઇક્રોમીટર કદના કણો દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. સુપર હાઇડ્રોફોબિક કાગળનો તાજેતરનો વિકાસ થયો છે જે કાગળ આધારિત ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને તબીબી ઉદ્યોગમાં તેના ઉપયોગ માટે અનન્ય ગુણધર્મો ધરાવે છે. કાગળને કાર્બનિક મુક્ત માધ્યમમાં સંશ્લેષિત કરવામાં આવે છે જે તેને પર્યાવરણને અનુકૂળ બનાવે છે. આ કાગળમાં એન્ટિમાઇક્રોબાયલ ગુણધર્મો છે કારણ કે તેમાં ભેજ રહેતો નથી તેથી તે તેને શસ્ત્રક્રિયાના ઉપયોગ માટે યોગ્ય બનાવે છે. આ પેપર કાગળ આધારિત ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગ માટે એક મોટી સફળતા બની શકે છે. જલીય અને કાર્બનિક દ્રાવકોનો પ્રતિકાર તેને ઇલેક્ટ્રોનિક સેન્સર અને ચિપ્સ વિકસાવવા માટે આદર્શ વિકલ્પ બનાવે છે. ત્વચા આધારિત વિશ્લેષણાત્મક શોધ હવે ઇલેક્ટ્રોડ્સને નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના અને સતત બદલ્યા વિના શક્ય છે કારણ કે આ કાગળ પરસેવો સામે રોગપ્રતિકારક હશે. તેના અનંત ઉપયોગો સાથે ભૌતિક વિજ્ઞાનનું આ ક્ષેત્ર વધુ સંશોધન પામશે તેની ખાતરી છે. હાઇડ્રોફોબિક માળખાઓ અને સામગ્રીઓનો તાજેતરનો ઉપયોગ માઇક્રો ફ્યુઅલ સેલ ચિપ્સના વિકાસમાં છે. બળતણ કોષની અંદરની પ્રતિક્રિયાઓ કચરો ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે જે આ હાઇડ્રોફોબિક પટલ દ્વારા બહાર કાઢી શકાય છે. પટલમાં ઘણી સૂક્ષ્મ પોલાણ હોય છે જે ગેસને બહાર નીકળવા દે છે, જ્યારે તેની હાઇડ્રોફોબિસિટી લાક્ષણિકતા પ્રવાહી બળતણને તેમાંથી બહાર નીકળતા અટકાવે છે. કચરો ગેસ દ્વારા અગાઉ રાખવામાં આવેલા જથ્થાને બદલવા માટે વધુ બળતણ વહે છે, અને પ્રતિક્રિયાને ચાલુ રાખવાની મંજૂરી આપવામાં આવે છે. અલ્ટ્રા હાઈડ્રોફોબિક સપાટીઓનો એક જાણીતો ઉપયોગ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ પર છે, જ્યાં તેઓ ટીપાંનું ધોવાણ સુધારી શકે છે અને પાવરપ્લાન્ટ, હીટિંગ અને એર કન્ડીશનીંગ અને ડિસેલિનેશનની સંભાવના સાથે જમ્પિંગ-ટીપાંનું ઘનીકરણ પણ કરી શકે છે. દુર્લભ પૃથ્વીના ઓક્સાઇડ, જે આંતરિક રીતે હાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ પ્રદર્શિત કરે છે, તે સપાટીના આવરણોનો વિકલ્પ પ્રદાન કરે છે, જે ઉચ્ચ તાપમાન પર કાર્યરત હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ માટે ઉષ્મીય રીતે સ્થિર હાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓના વિકાસને મંજૂરી આપે છે, પટલ નિસ્યંદન માટે અલ્ટ્રા હાઇડ્રોફોબિક ડિસેલિનેશન પટલને પણ સુધારેલા અશુદ્ધ પ્રતિકાર માટે બનાવવામાં આવ્યા છે, જેને રાસાયણિક વરાળ જમા કરીને અસરકારક રીતે બનાવી શકાય છે. એવું પણ સૂચવવામાં આવ્યું છે કે સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ પણ બરફને દૂર કરી શકે છે અથવા બરફના સંચયને અટકાવી શકે છે જે બરફફોબિસિટીની ઘટના તરફ દોરી જાય છે. જો કે, દરેક સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટી આઇસફોબિક નથી અને અભિગમ હજુ પણ વિકાસ હેઠળ છે. ખાસ કરીને, નમૂનાની ધાર દ્વારા શરૂ કરાયેલ અનિચ્છનીય આંતર-ટીપાં ઠંડું તરંગ પ્રસારના પરિણામે સમગ્ર સપાટી પર હિમની રચના અનિવાર્ય છે. વધુમાં, હિમની રચના સીધા હિમની સંલગ્નતામાં વધારો કરે છે, જે અનુગામી ડીફ્રોસ્ટિંગ પ્રક્રિયા માટે ગંભીર પડકારો ઉભા કરે છે. અધિક્રમિક સપાટી બનાવીને, ઇન્ટરડ્રોપ્લેટ ફ્રીઝિંગ વેવ પ્રસારને દબાવી શકાય છે જ્યારે બરફ/હીમ દૂર કરવા માટે પ્રોત્સાહન આપી શકાય છે. ઉન્નત પ્રદર્શન મુખ્યત્વે અધિક્રમિક સપાટીમાં માઇક્રોસ્કેલ ધાર અસરના સક્રિયકરણને કારણે છે, જે બરફના બ્રિજિંગ માટે ઊર્જા અવરોધમાં વધારો કરે છે તેમજ ડીઇસિંગ/ડીફ્રોસ્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન પ્રવાહી ઊંજણને ઉત્તેજિત કરે છે. ચીકણું પ્રવાહીને સંપૂર્ણપણે ખાલી કરવાની પેકેજિંગની ક્ષમતા અમુક અંશે કન્ટેનરની આંતરિક દિવાલોની સપાટીની ઊર્જા પર આધારિત છે. સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓનો ઉપયોગ ઉપયોગી છે પરંતુ નવી લુબ્રિકન્ટ-ગર્ભિત સપાટીઓનો ઉપયોગ કરીને તેમાં વધુ સુધારો કરી શકાય છે. આ પણ જુઓ હાઇડ્રોફોબ હાઇડ્રોફોબિસિટી સ્કેલ્સ સુપરહાઇડ્રોફોબિક કોટિંગ કમળ અસર સંપર્ક કોણ મીટર સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ શું છે? વ્યવહારમાં સુપરહાઇડ્રોફોબિક સપાટીઓ પર સંપર્ક કોણ માપન રાસાયણિક ગુણધર્મો સપાટી વિજ્ઞાન ઇન્ટરમોલેક્યુલર દળો વિડિયો ક્લિપ્સ ધરાવતા લેખો