超疎水性コーティング

超疎水性コーティングは、水をはじく薄い表面層です。超疎水性（超疎水性とも呼ばれる）材料で作られており、通常、表面上にほとんど目に見えないほど薄い空気の層を形成します。この種のコーティングに当たった液滴は完全に跳ね返ります。^{[1] [2]一般的に、超疎水性コーティングは、1つの成分が粗さを提供し、もう1つの成分が低い}表面エネルギーを提供する複合材料で作られています。^[3]

超撥水コーティングは自然界にも存在し、蓮の葉などの植物の葉や一部の昆虫の羽に見られます。^[4]

超疎水性コーティングは、さまざまな材料から作ることができます。コーティングのベースとして知られているものは次のとおりです。

• 酸化マンガンポリスチレン（MnO ₂ /PS）ナノ複合体^[要出典]
• 酸化亜鉛ポリスチレン（ZnO/PS）ナノ複合体^[5]
• 沈降炭酸カルシウム^[6]
• カーボンナノチューブ構造
• シリカナノコーティング^{[7] [8] [9]}
• フッ素化シラン^[10]およびフッ素ポリマーコーティング^{[11] 。}

シリカベースのコーティングは、おそらく最もコスト効率に優れています。^[12]シリカベースのコーティングはゲルベースで、対象物をゲルに浸すか、エアゾールスプレーで簡単に塗布できます。対照的に、酸化ポリスチレン複合材はゲルベースのコーティングよりも耐久性がありますが、コーティングの塗布プロセスははるかに複雑でコストがかかります。カーボンナノチューブも高価で、現在の技術では製造が困難です。したがって、シリカベースのゲルは、現時点で最も経済的に実行可能な選択肢です。

同様に、コーティングを使用せずに表面の微細な輪郭を変更することで、表面を疎水性にすることができます。疎水性の基本は、表面に凹部を作り、その凹部を埋めるよりも濡れる方がエネルギーを多く消費することです。これは、撥水性のために繊細なマイクロスケールおよびナノスケールの構造に依存しており、疎水性材料でコーティングされたスイレンの葉に似たマイクロ構造（または毛）を使用して実現されます。これにより、接触角が大幅に増加し、水が転がり落ちます。このいわゆるウェンゼル効果表面またはロータス効果表面は、凹部の面積に比例して接触面積が少なくなるため、接触角が高くなります。凹部表面は、異質の液体または固体を引き付ける力が比例して減少し、永続的にきれいな状態を保ちます。

しかし、これらの微細構造は摩耗や洗浄によって簡単に損傷を受けます。ある程度の摩擦があると、蓮の葉はもはや超疎水性ではなくなります。治癒して新しい毛を生やすことができる蓮の葉とは異なり、不活性コーティングは再生しません。^[13]

耐久撥水剤は、布地を水から守るためのコーティングの一種です。

さらに、超撥水コーティングは、車のフロントガラスに雨滴が付着するのを防ぎ、運転中の視界を改善するために使用できる可能性があります。車のフロントガラス用の撥水スプレーは市販されています。^{[14] [15]}

超撥水コーティングは脆いため、摩耗や洗浄にさらされない密閉された環境、例えば電子部品（スマートフォンの内部など）やエアコンの熱伝達フィンなどで湿気から保護し、腐食を防ぐために使用されます。^[16]

産業界では、超疎水性コーティングは超乾燥表面アプリケーションに使用されています。コーティングを対象物にスプレーして防水加工することができます。スプレーには防錆性と防氷性があり、洗浄機能があり、回路やグリッドの保護に使用できます。

超撥水コーティングは海洋産業において重要な用途がある。船体の表面摩擦抵抗を低減し、燃料効率を向上させることができる。このようなコーティングにより、船舶は燃料費を削減しながら速度や航続距離を向上させることができる。また、腐食を軽減し、船体上での海洋生物の繁殖を防ぐこともできる。[ ^17]

さらに、超疎水性コーティングにより、淡水を使わずに塩の堆積物を除去することが可能になり、海水の塩水からミネラルを採取するのに役立つ可能性があります。^[18]

ステンレス鋼の新しい表面加工は、非常に耐久性があり、永久的に疎水性です。光学的にはこれらの表面は均一なマットな表面のように見えますが、顕微鏡的には表面の25％から50％にわたって1〜2ミクロンの深さの丸い窪みで構成されています。これらの表面は、清掃を必要としない建物のために作られています。^[19]これらは、メンテナンスがほとんどまたはまったく必要ない構造物の屋根やカーテンウォールに効果的に使用されています。^[19]

^{疎水性コーティングは、極めて撥水性が高く、場合によっては細菌}に対する耐性もあるため、手術器具、医療機器、繊維、あらゆる種類の表面や基材での幅広い用途に非常に期待が寄せられています^。しかし、この技術の現在の最先端技術は、コーティングの耐久性が弱いという点で妨げられており、ほとんどの用途には適していません。

多くの優れた疎水性浸透シーラー（超疎水性ではない）のように撥水性のためにフッ素原子を使用する代わりに、超疎水性製品は超撥水性の特性を持つマイクロおよびナノサイズの表面構造でコーティングされています。これらの小さな構造は、その性質上非常に繊細で、摩耗、洗浄、またはあらゆる種類の摩擦によって簡単に損傷します。構造が少しでも損傷すると、超疎水性の特性が失われます。^{[引用が必要]}

特定のコーティングは脆弱であるため、船体のように常に摩擦を受ける物体では、高い性能を維持するために、そのようなコーティングを定期的に再塗布する必要があります。

超疎水性コーティングはさまざまな用途に使用されていますが、環境や作業員の安全性が潜在的な問題となる可能性があります。^{[引用が必要]}国際海事機関は、潜在的に危険な添加物から水を安全に保つための多くの規制とポリシーを持っています。^{[引用が必要]}

進歩によって上記の特定された弱点が解決されない限り、アプリケーションは潜在的に制限される可能性があります。

• バイオミメティクス
• 疎水性物質
• ノンスティック表面
• 植物のクチクラ
• ポリテトラフルオロエチレン
• 超疎水性