Chemické pokusy s nanomateriály/Demonstrace lotosového efektu

Demonstrace lotosového efektu
Pomůcky	svíčka, pasteurova pipeta, červené víno, textilie a impregnační sprej
Typ pokusu	základní škola a žákovský domácí pokus
Časová náročnost	15 min
Bezpečnost
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Pokus demonstruje lotosový efekt, který vykazují některé nanočástice. Jedná se o povrchový jev, který lze pozorovat například na listech lotosu. V pokusu je demonstrován hydrofobní účinek vrstvy nanočástic na povrchu materiálu. Nanesením vrstvy vosku na látku je možné docílit hydrofobního chování.

Princip

Povrchové vlastnosti materiálů jsou úzce spojeny s chemickou strukturou a vlastnostmi částic na povrchu materiálu. Jednou z důležitých povrchových vlastností materiálů je smáčivost. Smáčivost popisuje interakci povrchu materiálu s kapalinami, udává míru přilnutí kapaliny (nejčastěji vody) k danému povrchu. Tato vlastnost je ovlivňována koncovými skupinami molekul, které se na povrchu materiálu nachází. Koncové části molekul mohou být rozděleny do dvou skupin hydrofobní a hydrofilní. Hydrofobní skupiny budou vodu na svém povrchu odpuzovat, zatímco u hydrofilních skupin bude voda k povrchu přitahována.

V přírodě je možné nalézt rostliny (lotos) nebo živočichy (vodoměrky), u kterých je možné pozorovat superhydrofobní (vodoodpudivé) vlastnosti. Podrobným zkoumání těchto vlastností byla objevena spojitost mezi povrchovými vlastnostmi a strukturou materiálu. Povrch listu lotosu a dalších rostlin je pokryt nanokrystaly vosku o velikosti v řádu desítek nanometrů, které vytváří vrstvu odpuzující vodu. Hydrofobita je zesílena zvrásněním povrchu listu, čímž se vytváří superhydrofobní systém. Listy lotosu potom vykazují samočistící efekt, protože díky hydrofobitě povrchu dochází ke spádu kapavek vody padajících na list. Kapky vody pak strhávaní částice prachu či jiné nečistoty z povrchu listu. Tomuto souboru vlastností se říká Lotosový efekt.

Lotosovým efektem jsou inspirovány nové materiály, které nabízejí samočistící schopnost. Jedná se o hydrofobní textilie, barvy a nátěry, postřiky na auta. Ve všech aplikacích je využito právě hydrofobicity materiálů, které je docíleno aplikací vrstvy hydrofobních nanočástic.

Postup

Ilustrace k pokusu: Ukázka superhydrofobních vlastností nanovrstev.

1. Připravíme si tři textilní čtverce 10×10 cm ze stejného materiálu (nejlépe bavlna) a očíslujeme je 1-3.
2. Na čtverec číslo 1 naneseme komerčně dostupný impregnační sprej.
3. Na druhý čtverec naneseme vrstvu vosku, třením čajové svíčky o látku.
4. Poslední čtverec necháme jako srovnávací.
5. Na všechny čtverce postupně nakapeme Pasteurovou pipetou červené víno a pozorujeme, jak kapalina interaguje s různými povrchy. U srovnávacího textilního čtverce, bychom měli sledovat vsáknutí kapaliny do textilie (smáčivý materiál), textilie, na kterých jsou naneseny vodě-odolně vrstvy budou vykazovat hydrofobní vlastnosti.

Poznámky

• Je možné zkoumat i další materiály (sklo, plast a další) a pozorovat jejich povrchové vlastnosti.
• Místo červeného vína je možné použít jakoukoli jinou kapalinu.