לחזרה על החלקים הקודמים:
חלק א'
חלק ב'
בחלקים הקודמים בסדרה הזכרנו את "תוצא הלוטוס" ואת המבנה המיוחד המעניק לפרח הלוטוס תכונות סופר-הידרופוביות. השאלה המתבקשת היא: למה זה טוב? מתברר, שכאשר טיפות מים פוגעות בעלי הלוטוס ההידרופוביים, הטיפות מתגלגלות מן העלים תוך כדי שהן אוספות חלקיקים וזיהומים שונים שהצטברו עליהם [1], מה שמעניק לפרח יכולת ניקוי עצמית מופלאה. למעשה, צמחים וחרקים רבים משתמשים בתכונות ניקוי עצמי של משטחים סופר-הידרופוביים, אך השימוש בחומרים דוחי-מים בטבע לא מוגבל רק לתכונות הניקוי העצמי ואנו ממשיכים לגלות עוד ועוד שימושים מפתיעים לחומרים אלו בעולם בעלי החיים.
רצי מים, למשל, הם חרקים שחיים במקווי מים וידועים ביכולתם לעמוד ולהחליק על פני המקווים. רצי המים משתמשים בשערות מיקרוסקופיות כדי להעניק לרגליהם יכולת סופר-הידרופובית שמאפשרת להם לעמוד ולנוע על מים בלי לשקוע או להירטב [2]. מבנים סופר-הידרופוביים על עיניהם של זבובים ועשים מסוימים לא מאפשרים למים להצטבר ובכך מונעים יצירת שכבה לחה על העין העלולה לערפל את הראיה [3]. לפרפרים רבים יש מבנים סופר-הידרופוביים על כנפיהם: למבנים אלו יש כיווניות מאד מסויימת, כך שטיפת מים שפוגעת בכנף תתגלגל רק לכיוון אחד. מבנים אלו אחראים בין השאר לצבעים המיוחדים של אותם פרפרים על ידי פיזור האור הפוגע בכנף בצורה קוהרנטית [4]. ישנם אף פשפשים כגון השטגביים, אשר גופם מכוסה בשערות מיקרוסקופיות הכולאות בועות אוויר ודוחות מים כאשר הפשפשים צוללים. חלק מהפשפשים האלו מסוגלים להישאר ימים שלמים מתחת למים ולנשום את האוויר הכלוא סביב גופם [5]. קצרה היריעה מלספר על כל היישומים השונים של מבנים סופר-הידרופוביים בטבע, אך בשנים האחרונות גם אנחנו למדנו לנצל חומרים אלו לצרכינו השונים.
ישנם יישומים רבים שמועתקים ישירות מן הטבע; למשל יכולת הניקוי העצמי של משטחים סופר-הידרופוביים מיושמת כבר היום ליצירת חלונות המתנקים מעצמם, שמשות של מכוניות שטיפות גשם מתגלגלות מהן ולחות באוויר לא מערפלת אותן, ואף מסכים של סמארטפונים שעמידים למים ולטביעות אצבע. בנוסף, תכונת הניקוי העצמי חשובה מאד בתעשיית הלוחות הסולאריים מכיוון שהיא מגבירה משמעותית את יעילות התאים (שלכלוך מסתיר מהם את האור) ומקלה מאד על מלאכת הניקוי שלהם.
מכיוון שלמשטחים הידרופוביים יש נטייה לדחות חלקיקים ומזהמים שונים, כלים רפואיים עם ציפוי דוחה-מים יהיו עמידים יותר לזיהומים, ובגדים מבדים סופר-הידרופוביים לצוות הרפואי יקטינו משמעותית פיזור של חיידקים על ידי הצוות. ציפויים סופר-הידרופוביים של מבנים תת-מימיים, מונעים הצטברות של אצות ובעלי חיים מיקרוסקופיים על המבנים, ומאריכים את חייהם בכך שהם דוחים מים מלוחים. בנוסף, מתברר שמבנים סופר-הידרופוביים מסוימים מאפשרים לחומרים להחליק על מים ובכך מורידים את כוח הגרר באופן משמעותי. כלים ימיים כגון ספינות וצוללות עם דפנות בעלות מבנים מסוג זה, יוכלו בקלות להניע את עצמם עם חלק קטן מהאנרגיה הדרושה לכך היום, וצינורות עם ציפוי סופר-הידרופובי יאפשרו זרימה חלקה של מים בהפרשי לחצים נמוכים [6].
ישנם גם יישומים מחקריים רבים למשטחים סופר-הידרופוביים: במערכות מיקרו-זרימה הם יכולים לשמש לצורך הנעה של טיפות בתעלות סגורות (ראו פרסום קודם בנושא מעבדה על שבב), במערכות אופטיות משטחים אלו מאפשרים לשלוט על המיקוד של עדשות נוזליות ומסתבר שגם בנאס"א רוצים להשתמש בחומרים סופר-הידרופוביים, כדי למנוע הצטברות של חלקיקים שונים על חליפות חלל של אסטרונאוטים ובמיוחד על הקירות של תחנת החלל הבינלאומית.
היישומים הפוטנציאליים של חומרים סופר-הידרופוביים במחקר ובתעשייה גרמו לגידול עצום בהשקעות מחקר בתחום זה, ולמרות שישנם עדיין הרבה קשיים טכנולוגיים בייצור משטחים עמידים ויציבים, נראה שבשנים הקרובות חומרים אלו יתפסו מקום מרכזי בתחומים טכנולוגיים רבים.

תמונה ראשית: [By UCL Mathematical and Physical Sciences from London, UK (Super-hydrophobic paint) [CC BY 2.0

מקורות וקריאה נוספת:

1. W. Barthlott and C. Neinhuis, "Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces," Planta, vol. 202, pp. 1-8, 1997.
2. J. W. M. Bush, D. L. Hu and M. Prakash, "The Integument of Water-walking Arthropods: Form and Function," Adv. Insect Physiol., vol. 34, p. 117, 2007.
3. "Light on the moth-eye corneal nipple array of butterflies," Proc. R. Soc. B 273 (1587) (2006) 661., vol. 273, p. 661, 2006.
4. "Anatomically diverse butterfly scales all produce structural colours by coherent scattering," J. Exp. Biol., vol. 209, p. 748, 2006.
5. "Dry Under Water: Comparative Morphology and Functional Aspects of Air-Retaining Insect Surfaces," J. Morphol. , vol. 272, p. 442, 2011.
6. C. Lee, C.-H. Choi and C.-J. Kim, "Superhydrophobic drag reduction in laminar flows: a critical review," Exp. Fluids, vol. 57, p. 176, 2006.
7. מדע גדול בקטנה על "מעבדה על שבב"