金属表面をレーザー処理して徹底的に水をはじきまくる表面加工技術が誕生

水をはじく撥水加工の多くは素材の表面をコーティング処理するものでコーティングが剥げると効果が落ちてしまいます。これに対してロチェスター大学の研究者が、金属表面にレーザー加工を施すことで「剥げ落ちない」撥水加工技術「Super-hydrophobic」の開発に成功しています。

Using Lasers to Create Super-hydrophobic Materials - YouTube


金属表面にスポイトで水滴を垂らすと……

水滴が表面に接触するやいなや、一瞬で金属表面に広がっていきました。これは、「Super-hydrophilic」というレーザーパルスで金属表面を加工する技術で水の浸透性を高めた例。

金属表面に触れた水滴は……

重力に抵抗するかのように上方向にも広がっていきます。

Super-hydrophilicを活用すれば金属表面の親水性を劇的に高められるというわけです。

「これまでは親水性を高める技術Super-hydrophilicを研究してきましたが、反対に疎水性(撥水性)を高める技術『Super-hydrophobic』を開発しました」と話すのは、ロチェスター大学のクオ・チュンレイ教授。

あらためて、撥水性を高めた金属表面に水滴を投下。

すると、水滴はつるんと滑り落ちるように金属表面にはじき返されました。

水滴がどんな風にはじき返されたのかスローモーションでくわしく見てみます。

落下した水滴は……

衝撃でこんな感じに平べったくなったあと……

広がった反動で塊になり、垂直にジャンプ。

見事にはじき返されました。

Super-hydrophobicでは、パルス幅が数フェムト秒程度のフェムト秒レーザーで金属表面を加工します。

Super-hydrophobicで撥水加工すると金属にわずかな角度が付いているだけで……

まるでボールがころがるように水滴が滑り落ちていきます。

「Super-hydrophobicはさまざまな工業製品に活用できます」

一般的な撥水加工技術はコーティングなので剥げる恐れがあります。

代表的なのはフライパンのテフロン加工。

撥水性が高いとされるテフロン加工ですが、Super-hydrophobic加工ほどの撥水性はありません。

テフロン加工されたフライパンは、約70度ほど傾けないと表面についた水滴は流れ落ちません。

また、水滴もゆっくりとしか流れません。

一方、Super-hydrophobicはわずかな角度さえあれば水はみるみる滑り落ちていきます。

落下してきた水滴はすべてはじき返されます。

「Super-hydrophobicはコーティングの先にある技術で、コーティング加工よりもはるかに高い撥水性を持ち、はがれ落ちる心配もありません」

Super-hydrophobicは広範な分野に活用できそうです。例えば、Super-hydrophobic加工を屋根や壁材に施せば、雨汚れを防ぎつつ家の耐久性を高められます。なお、クオ博士は、発展途上国ではきれいな水は非常に貴重なので、Super-hydrophobic技術を使うことで雨水を土に浸透させることなく貯めておいたりトイレで流す水の量を減らしたりと、貴重な水を無駄なく使えるでしょうと述べています。

なお、超撥水性を実現する表面加工技術Super-hydrophobicの研究内容については、以下の論文で詳しく知ることができます。

Multifunctional surfaces produced by femtosecond laser pulses
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/117/3/10.1063/1.4905616