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Un composite superhydrophobe formé en une étape unique

Benjamin Robert
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Un composite superhydrophobe formé en une étape unique

Que la lumière soit… Car c’est grâce à cette dernière que des chercheurs de l’Université de Syracuse (New-York) sont parvenus à fabriquer un matériau superhydrophobe en une seule étape. Dans leurs travaux, publiés le 19 août 2021 dans ACS Applied Polymer Materials, ils utilisent la photopolymérisation pour réaliser une séparation de phase entre les polymères et les nanoparticules qui forment le composite.

Une action à deux échelles

La plupart des matériaux superhydrophobes reposent sur une surface rugueuse à deux niveaux, microscopique et nanoscopique, afin de minimiser au maximum l'aire de contact entre le liquide et le solide. Mais cette fabrication implique plusieurs étapes de traitements complexes, incluant des fragments fluorés. Pour s’affranchir de cette contrainte, les chercheurs américains sont partis d’un mélange de monomères photosensibles (triacrylate de triméthylolpropane), et de nanoparticules de dioxyde de titane. L’ensemble a été placé au-dessus d’un masque criblé d'un réseau régulier de trous de 40 μm de large et espacés de 200 μm, afin de laisser passer la lumière.

La réaction de polymérisation s’est ainsi déroulée sur les zones les plus exposées aux rayons. Ces régions ont durci plus rapidement, ayant pour effet de former des bosses de 65 μm de haut au-dessus de chaque puits de lumière. Cet événement en a entraîné un second : les nanoparticules se sont déplacées des zones denses en polymères, où la photopolymérisation a eu lieu, vers les monomères. Elles sont ainsi remontées à la surface du substrat, formant une couverture uniforme de nanoparticules au-dessus des bosses microscopiques sous-jacentes.

Angle de contact élevé

Pour qu’un matériau soit qualifié de superhydrophobe, il faut que l’angle de contact entre le liquide et le solide soit supérieur à 150°. C’est le cas pour la plupart des échantillons de l’étude, qui contiennent entre 5 et 16 % de nanoparticules. En parallèle, les scientifiques ont également mené ces expériences sans le masque… Aucune bosse n’est apparue, et l’angle de contact ne dépassait pas les 20°.
 

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