Диоксид кремния или кремнезем (SiO2) широко распространен в природе и в технике в составе стекла, кварца, песка. Но в форме наночастиц он приобретает новые свойства, в частности, высокую поверхностную энергию. Это позволяет наночастицам SiO2 при высыхании коллоидного раствора прочно прикрепляться к различным поверхностям, в первую очередь к родственному им стеклу, образуя сплошной слой наноскопических бугорков, самоупорядочивающихся в столь гладкий слой, что на нем не может удержаться даже вода.
На микроскопическом уровне стекло не совсем гладкое, поэтому обычно вода и грязь легко пристают. Покрытие из наночастиц придает ему т.н. «эффект лотоса». Как и на ультрагидрофобных листьях этого красивого цветка, на обработанной поверхности капля воды касается субстрата лишь немногими точками, что во много раз уменьшает Ван-дер-ваальсовы силы и позволяет силам поверхностного натяжения сжать ее в шарик, который легко скатывается, унося с собой любую грязь.
В силу наноскопической толщины, такие покрытия совершенно невидимы, а благодаря биоинертности кремнезема – безвредны для человека и окружающей среды. Они устойчивы к ультрафиолету и выдерживают температуры до 400 °C. Эффект самоочищаемости можно придать не только стеклу, но и керамическим поверхностям – плитке, черепице и т.п.
Такую поверхность вообще невозможно испачкать или нанести на нее надпись. Обработка как внутренних, так и наружных стекол и зеркал предотвращает отложения солей и появление плесени. Обработанные поверхности долгое время сохраняют новые свойства при любой погоде и не требуют дополнительного ухода.
Особенно актуально применение нанопокрытий для обработки стекол высотных зданий: небоскребов, вокзалов, аэропортов и др. Сегодня крыши и стены таких зданий моют бригады промышленных альпинистов, что еженедельно обходится в $ 1,5 – 2 на м2. При стоимости нанесения нанопокрытия в $ 5 – 8 на м2, затраты на них окупятся за месяц. Для наружных стекол, расположенных в относительно доступных местах (окна, витрины) стоимость мытья значительно ниже (хотя оно и требуется чаще), поэтому срок окупаемости здесь может составит несколько месяцев. Учитывая, что покрытие служит годами, игнорируя ультрафиолет и непогоду, выгода в любом случае получается весьма существенной.
Одного литра раствора хватает на 50-200 м2 поверхности в зависимости от ее адсорбционных свойств. Процесс обработки очень прост. Сначала стекло необходимо тщательно очистить и полностью высушить. Обработку вне помещений не следует проводить в мокрую и холодную погоду. Важно, чтобы на подготовленной поверхности не оставалось следов самих моющих средств. Затем наносится аэрозоль, содержащий наночастицы и поверхность полируют хлопчатобумажной тряпкой или мягкой бумажной салфеткой. Не используйте больше раствора, чем поверхность может впитать. По истечении 24 часов достигается оптимальный эффект, но поверхность защищена от дождя уже через час после обработки. Для крупномасштабной обработки стекла в заводских условиях, предусмотрена возможность распыления раствора при помощи стандартного оборудования.
В стандартной комплектации, к аэрозолю, содержащему наночастицы, бесплатно прилагается такое же количество специального нанотехнологического чистящего средства, позволяющего лучше подготовить стекло к обработке, а также удобные хлопковые тряпочки. Для ускорения процессов высыхания основы раствора и самосборки наночастиц можно применять сушильные приборы и установки.
Для автомобильных стекол разработано и производится специальное нанопокрытие. Одного комплекта (100 мл) хватает для обработки 6-8 лобовых стекол. Образующееся покрытие устойчиво к трению, не смывается и сохраняется на 50.000 км. Обычное мытье стекол стоит порядка 5 долл. на станции автомойки или на светофоре, либо отнимает соответствующее время, моющие средства и требует наличия чистой воды. Применение же нанопокрытий сокращает одни только расходы на жидкость для стеклоомывателя с $150 до $50 в год.
