IV. ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

MATERIALE SUPERHIDROFOBE

IV.1. Obiective:

Ø Înţelegerea prezenţei nanostructurilor în compoziţia unui material natural şi felul cum îi influenţează ele proprietăţile

Ø Materialele Novel avansate care au fost create la scală nanometrică pentru a fi superhidrofobe şi aplicaţiile lor

Ø Analiza unui nanomaterial funcţional cercetat la iNANO (folosirea unui material video)

Ø Analiza şi testarea prin atingere a unui material textil supehidrofob

IV.2. MATERIALE:

1) Suprafeţe diferite pentru testare:

* 1 lamelă de sticlă pentru microscop

* 1 bucată plată de plastic 10x10 cm (de exemplu: tăiaţi o bucată dintr-o folie de plastic ca de pildă dintr-un dosar de plastic)

* 1 bucată plată de folie de aluminiu de 10x10 cm

* 2 bucăţi de hârtie de filtru

* Bucăţi de material textil pentru a fi comparate (aproximativ de 10x10 cm):

- 4 bucăţi de material Nano-Tex® şi alte două tipuri

- 3 eşantioane de bumbac 100%

- 3 eşantioane de material fabricat din fibre sintetice, cum ar fi poliesterul şi amestecul de bumbac şi poliester (în acest experiment am folosit un material cu 70% poliester şi 30% bumbac)

2) Diferiţi agenţi de pătare pentru testare

* 1 pahar cu apă, 1 pahar cu suc şi /sau 1 pahar de Coca-Cola

* Oţet sau vin (1 pahar)

* Ulei pentru gătit (1 pahar)

* Ketchup (1 lingură plină)

* Muştar (1 lingură plină)

* Maioneză (1 lingură plină)

* Pământ organic (două mâini pline)

3) Diferite frunze de plante ( strângeţi din grădina şcolii sau aduceţi de acasă)

* O frunză dintr-o plantă obişnuită precum iedera

* O bucată de frunză de lotus sau de nasturtium

4) Sticlă de laborator umplută cu apă

5) 5 pipete (sau pipete Pasteur) pentru aplicarea agenţilor de pătare lichizi – Cuţite sau linguri de plastic pentru aplicarea celorlalţi agenţi de pătare

6) O găleată de detergent de rufe şi apă (s-ar putea să fie nevoie să o împărţiţi la întreaga clasă)

7) O bucată de şmirghel de 10x10 cm

8) 1 marker permanent

9) Câteva ceşti de plastic pentru a ţine apa şi agenţii de pătare

10) Câteva farfurii de plastic pentru a pune materialele pe ele atunci când se efectuează testarea materialelor

11) Adeziv pentru hârtie şi foarfecă

IV.3. MOD DE LUCRU:

Veţi testa o serie de materiale, începând cu cele obişnuite şi continuând cu cele mai avansate. Când testaţi materialele cu apă sau cu alte lichide/solide, puneţi materialul pe o farfurie de plastic pentru a colecta apa în mod îngrijit. Aruncaţi apa colectată între testări!

1. Înţelegerea proprietăţilor suprafeţelor: suprafeţe hidrofile şi suprafeţe hidrofobe

Luaţi cele trei suprafeţe pentru testare: o lamelă de sticlă, o folie de plastic şi un filtru de hârtie. Puneţi câteva picături de apă pe fiecare material şi notaţi-vă observaţiile în tabelul din pagina următoare. Clasificaţi materialele ca hidrofile sau hidrofobe, bazându-vă pe observaţiile voastre vizuale (completaţi tabelul)

Î1. Hârtia de filtru s-a comportat ca celelalte materiale? Dacă nu, de ce?

R: Hârtia de filtru a absorbit apa, spre deosebire de celelalte materiale.

Î2. Puneţi în ordine hârtia de filtru, plastic şi sticlă, începând de la cel mai hidrofil până la cel mai hidrofob, bazându-vă pe observaţiile voastre vizuale

R: Hârtia de filtru -> material plastic -> sticlă.

Foarte hidrofil .................................................... Foarte hidrofob

Î3. Aţi defini vreunul din materialele testate până acum ca fiind “ foarte hidrofob”?

R: Da: sticla.

2. Analiza nanomaterialelor naturale: frunza de Lotus (sau nasturtium/ năsturel)

Pasul 1

- Puneţi pe o farfurie de plastic o frunză dintr-o plantă obişnuită (de exemplu iedera). Dacă aveţi mai multe, testaţi-le pe rand.

- Turnaţi puţină apă pe fiecare frunză şi observaţi cum se rostogoleşte apa pe suprafaţa ei. Ar fi bine să folosiţi o găleată sau alt container pentru a colecta apa. Să aveţi la îndemână şi un prosop de hârtie.

- Î4: Picăturile de apă umezesc suprafaţa frunzei (adică, mai ramâne apă pe frunze odată ce nu mai turnaţi apă)? Daţi un răspuns pentru fiecare tip de frunză pe care aţi testat-o.

-R: Picăturile de apă umezesc suprafaţa frunzei. Frunza rămâne udă.

- Î5: Picăturile de apă se rostogolesc sau alunecă pe frunză?

-R: Picăturile de apă alunecă pe frunză.

PASUL 2

- Acum puneţi o frunză de lotus sau de nasturtium (sau o bucată din ea) într-o altă farfurie de plastic (depinde de ce vă pune la dispoziţie profesorul vostru).

- Î6: Picăturile de apă umezesc suprafaţa frunzei (adică, mai este apă pe frunze odată ce nu mai turnaţi apă)? Daţi un răspuns penrtu fiecare tip de frunză pe care aţi testat-o.

-R: Picăturile da apă nu mai umezesc suprafaţa frunzei. Frunza rămâne ca înainte.

- Î7: Picăturile de apă se rostogolesc sau alunecă pe frunză?

-R: Picăturile de apă se rostogolesc pe frunză.

- Î8: Ce se întâmplă dacă puneţi frunza pe orizontală pe bancă şi o stropiţi cu apă?

-R: Picăturile de apă stau pe frunză sub formă de mici biluţe.

- Î9: Puteţi face ca o picătură de apă să rămână nemişcată pe suprafaţa frunzei? Este uşor sau greu? Ce vă spune acest lucru despre proprietăţile suprafeţei frunzei?

-R: Putem face acest lucru. Este insă greu deoarece picătura alunecă pe suprafaţa frunzei.

- Puneţi frunza de lotus sau de nasturtium sub jetul de apă de la robinet.

Î10: Se umezeşte frunza atunci când o puneţi sub jetul de apă?

-R: Nu. Frunza rămâne uscată deoarece picăturile de apă se rostogolesc.

Î11. Frunza de lotus (sau de nasturtium) este mai mult sau mai puţin hidrofobă decât plasticul? Bazaţi-vă pe observaţiile voastre.

-R: Funza de nasturtium este mai hidrofobă decât plasticul.

3. Analiza unui nanomaterial funcţional. În această parte a experimentului veţi analiza un material textil care a fost creat pentru a recrea Lotus Effect® şi care are proprietăţi de autocurăţare

- Luaţi 1 bucată de material Nano-Tex® şi and 1 bucată de material obişnuit de bumbac. Aşezaţi-le pe fiecare pe o farfurie de plastic.

- Turnaţi puţină apă peste ele. Dacă este posibil folosiţi o frunză de lotus sau de nasturtium pentru comparaţie.

Î12. Materialul Nano-Tex se comportă ca în cazul Lotus Effect în ceea ce priveşte udarea cu apă?

-R: Da.

- Acum veţi testa materialul Nano-Tex şi îl veţi compara cu un material obişnuit de bumbac şi cu un material făcut din fibre semi-sintetice. Pentru acest lucru aveţi nevoie de 3 bucăţi de material de bumbac, 3 bucăţi de material fabricat din fibre semi-sintetice şi 4 bucăţi de material Nano-Tex® în total (fiecare de aproximativ 10x10 cm).Urmaţi paşii de mai jos.

PASUL 1.

Acum testaţi materialul Nano-Tex® şi comparaţi-l cu un material obişnuit de bumbac şi cu unul fabricat din fibre semi-sintetice. În acest pas folosiţi agenţi de pătare lichizi (Coca-Cola, oţet, ulei, etc)

- Luaţi un pahar din fiecare lichid pe care-l veţi testa (suc, Coca-Cola, oţet sau vin şi ulei):

- Aşezaţi cele 3 bucăţi de materiale diferite în ordinea utmătoare: la stânga cel din bumbac, la mijloc cel din fibre semi-sintetice şi la dreapta materialul Nano-Tex®. Scrieţi pe o bucată de hârtie tipul materialului şi aşezaţi-o sub fiecare material (ca în imaginea de mai jos). Alegeţi ordinea în care veţi testa lichidele şi scrieţi aici:

- Folosind o pipetă, puneţi o picătură din fiecare lichid, ce urmează a fi testat, pe fiecare material. Ar trebui să lăsaţi soluţiile pe cele 3 materiale pentru o perioadă de timp fixă. Indicaţi această perioadă în tabelul de mai jos. Efectuaţi acest test în mod consecutiv, cu un lichid şi un material odată.

- După terminarea perioadei de timp stabilită, îndepărtaţi lichidul de pe material folosind un prosop de hârtie.

Notaţi-vă observaţiile în tabelul dat. Notaţi dacă lichidul a fost absorbit., dacă a rămas pe suprafaţa materialului, dacă a pătat materialul şi dacă aţi putut să-l îndepărtaţi cu un prosop de hârtie. Adăugaţi orice alt comentariu aveţi.

Î13. A existat o diferenţă clară între materialul Nano-Tex® şi alte materiale? Descrieţi.

R: Da. La sfârşit materialul nano-tex a rămas curat.

Î14. Cât de usor a fost să îndepărtaţi petele de lichid de pe materialul Nano-Tex®? Au iesit toate petele de lichid?

R: Toate petele au fost indepartate cu usurinţă de pe materialul Nano-Tex.

PASUL 2

Acum testaţi materialul Nano-Tex® şi comparaţi-l cu un material obişnuit de bumbac şi cu un material din fibre semi-sintetice. În acest pas folosiţi agenţi de pătare solizi (maioneză, muştar, etc).

- Acum testaţi cele trei tipuri de materiale cu agenţii de pătare solizi aleşi: ketchup, muştar, maioneză. Să aveţi puţină hârtie la îndemână.

- Luaţi 3 bucăţi noi de material, câte una pentru fiecare tip. Puneţi puţin din fiecare agent de pătare solid pe fiecare material. Folosiţi o lingură sau o spatulă pentru a pune agentul de pătare solid pe material. Pe o zonă disponibilă marcaţi-l cu un marker permanent (vedeţi Figura).

- Pentru a compara materialele trebuie să stabiliţi o perioadă de timp petru pătare (de exemplu 5 minute)

- După stabilirea timpului (de exemplu 5 minute), îndepărtaţi agentii de pătare solizi de pe materiale, folosind o cârpă udă.

În tabelul de mai jos, notaţi observaţiile voastre cu privire la felul în care sunt pătate materialele de fiecare agent de pătare solid.

Î15. A existat o diferenţă clară între materialul Nano-Tex® şi celelalte materiale? Descrieţi.

R: Da. Materialul s-a curăţat uţor de pete, spre deosebire de celelalte materiale care au rămas pătate.

PASUL 3

Acum testaţi rezistenţa la murdărie a materialul Nano-Tex® şi comparaţi-o cu cea a materialului obişnuit de bumbac şi cu cea a materialului din fibre semi-sintetice. În acest pas se foloseşte pământ organic.

-Luaţi 3 bucăţi noi de material, câte unul de fiecare tip.

- Aşezaţi puţin pământ organic pe mijlocul fiecărei bucăţi, îndoiţi materialul şi frecaţi-l. Apoi deschideţi fiecare bucată de material, îndepărtaţi pământul de pe fiecare şi observaţi.

Î16. S-au murdărit toate materialele? În acelaşi fel? Descrieţi.

R: S-au murdărit toate materialele dar nu în acelaşi fel.

- Acum încercaţi să curăţaţi cu mâinile materialele folosite în PASUL 3.

Î17: Aţi putut să curăţaţi materialele? Există o diferenţă clară între ele? Descrieţi.

R: Nu am putut curaţa toate materialele. Materialul de bumbac şi cel din amestec de bumbac şi poliester au ramas cu mici pete vizibile.

Î18. A existat vreun material care a putut fi curăat total şi să pară ca nou?

R: Da. Materialul Nano Tex a putut fi curăţat de toate petele ajungând la final, dupa ce am parcurs toţi paşii, ca nou.

Î19. Există vreun tip de pată (sau mai multe) care n-a ieşit de pe eşantioanele Nano-Tex®? Care? De ce crtedeţi că se întâmplă asta?

R: Nu. Materialul Nano-Tex a a putut fi curăţat dupa fiecare pas, arătând ca nou.