Аннотация результатов, полученных в 2014 году
1. Разработан метод получения текстурированных поверхностей металлов, основанный на применении наносекундной лазерной обработки. Метод позволяет получить поверхности с многомодальной шероховатостью, которые после предварительной обработки в озоне и нанесения гидрофобного агента характеризуются супергидрофобным состоянием. 2. Выполнен анализ явления высокой адгезии водных сред к высокогидрофобным поверхностям. Показано, что высокая адгезия для высокогидрофобных покрытий может быть следствием как особенностей поверхностной текстуры, так и слабой химической стойкости гидрофобного агента на текстурированной поверхности. 3. Изучена природа явления повышения адгезии капель воды к супергидрофобным поверхностям при кристаллизации. Показано, что усиление адгезии является следствием локального повышения давления паров воды вблизи капли при выделении тепла кристаллизации. Также обнаружено, что для системы, включающей кристаллизовавшуюся каплю на супергидрофобной подложке, релаксация к равновесию ведет к последующему снижению адгезии ледяных капель к поверхности. 4. Изучена стойкость супергидрофобных покрытий на алюминиевых сплавах и нержавеющей стали, полученных методом лазерного текстурирования с последующей гидрофобизацией, при контакте с водными средами и насыщенными парами при положительных и отрицательных температурах. Обнаружена высокая стойкость покрытий, разработанных при выполнении проекта, к длительному контакту с водными средами и парами. Показано, что при отрицательных температурах разработанные покрытия сохраняют супергидрофобные свойства.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Разработаны супергидрофобные покрытия на сплавах меди М1М, титана ВТ1-0, магния MA8, а также на силоксановой резине P3303С. Методика получения таких покрытий основана на применении наносекундного лазерного текстурирования, выполняемого на лазерном комплексе ARGENT-M, и последующей хемосорбции метокси-{3-[(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8- пентадекафтороктил)-окси]-пропил}-силана. Углы смачивания для покрытий, получаемых описанным выше методом, составляют 167.5±2° для М1М, 168.2±2.5° для магниевого сплава МА8, 168.9±1.8° для ВТ1-0. Типичные углы смачивания на текстурированной силоксановой резине составляют 169.2±2.2°. Выполнены систематические исследования поведения супергидрофобных покрытий, полученных с применением различных гидрофобных агентов, в концентрированных солевых, кислых и основных растворах. Использовалось четыре типа гидрофобных агентов, адсорбирующихся химически (стеариновая кислота и метокси-{3-[(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8- пентадекафтороктил)-окси]-пропил}-силан) и физически (докозан и перфторпентадекан). Показано, что в деионизованной воде все четыре покрытия характеризуются долговременным сохранением гетерогенного режима смачивания с углами смачивания, существенно превышающими 150°. В то же время, для покрытий, полученных физической адсорбцией гидрофобного агента, показано, что имеет место частичная десорбция докозана и перфтордекана с границы текстурированная поверхность/вода. В кислых и щелочных растворах обнаружена деградация супергидрофобного состояния. Показано, что химически адсорбированные гидрофобные агенты позволяют сохранить супергидрофобное состояние и гетерогенный режим смачивания покрытия растворами с pH=13 более суток. Покрытия с физически адсорбированным гидрофобным агентом теряют супергидрофобное состояние в щелочных растворах в течение нескольких минут, и переходят в гидрофильное состояние за времена порядка нескольких десятков минут. Таким образом, проведенные нами исследования показали, что для достижения супергидрофобного состояния поверхности, при правильном подборе многомодальной текстуры, могут быть использованы гидрофобные агенты различного химического строения. При этом, механизм их адсорбции может быть как химическим, так и физическим. Однако, если создаваемое покрытие ориентировано на длительную работу в агрессивных жидких средах, то для создания долговечных супергидрофобных покрытий необходимо использовать химически адсорбирующиеся гидрофобные агенты, слабо подверженные гидролизу и другим типам взаимодействия с водными средами. Кроме того, для усиления химической стойкости покрытий преимущество имеют гидрофобные агенты, способные не только химически связываться с подложкой, но и обеспечивать поперечную химическую сшивку молекул в слое гидрофобного агента. Созданы супергидрофобные противокоррозионные покрытия на алюминиево-магниевых сплавах, отличающиеся очень высокой и длительной стойкостью к коррозии в галогенсодержащих средах. Электрохимическими методами и на основе анализа смачивания показано, что супергидрофобное покрытие приводит к пассивации питтингообразования в анодной области. При этом разность потенциалов питтингообразования и коррозии для созданных в этой работе супергидрофобных образцов составляет порядка 0.8÷1 В, что указывает на значительную стойкость супергидрофобных покрытий на алюминий-магниевых сплавах к питтинговой коррозии. Этот вывод также подтверждается рекордно низкими величинами токов свободной коррозии и коррозии при небольших значениях анодной или катодной поляризации. Кроме того обнаружено, что увеличение токов коррозии при длительном нахождении в коррозионно-активной среде очень незначительно, и даже после 10 суток контакта плотность тока коррозии составляет всего 0.3 наноампер на квадратный сантиметр. Выполненный в работе анализ показал, что основные механизмы высокой коррозионной стойкости разработанных нами покрытий связаны с барьерными свойствами толстого оксидного слоя формирующегося в приповерхностных слоях материала благодаря циклическим процессам локального нагрева/охлаждения поверхности и водоотталкивающим свойствам супергидрофобного покрытия. Исследована абразивная стойкость пяти типов супергидрофобных покрытий, получаемых с применением одинакового гидрофобного агента и отличающихся методом текстурирования поверхности. Исследования проводились методом обработки образцов в вибрирующем слое песка, согласно стандарту ASTM F735 (аналог пескоструйной обработки). Сравнение устойчивости супергидрофобного состояния различных образцов к абразивным нагрузкам показало, что покрытия на нержавеющей стали существенно более стойкие, чем покрытия на алюминиевом сплаве. Обнаружено, что покрытия, получаемые на нержавеющей стали с применением наносекундного лазерного текстурирования, сохраняют супергидрофобное состояние даже после 90 минут интенсивной абразивной обработки. Выполнен анализ факторов, отвечающих за повышенные эксплуатационные характеристики покрытия и показано, что именно взаимодействие материала с мощными лазерными импульсами наносекундной длительности играет ключевую роль в высокой износостойкости создаваемых покрытий. Измерены коэффициенты трения супергидрофобных покрытий при влажности 30 и 90%. Показано, что для супергидрофобных покрытий характерно значительное снижение коэффициента трения как за счет многомодальной шероховатости, так и за счет присутствия фторорганических гидрофобных агентов, которые способствуют снижению коэффициентов трения даже на гладких поверхностях. Однако, из-за налипания продуктов износа на поверхность контртела, вызванного электризацией покрытия при трении, эффективный коэффициент трения оказывается повышенным. Повышение влажности приводит к более интенсивному стеканию поверхностного заряда, меньшему накоплению продуктов износа в зоне контакта и, соответственно, более явному проявлению привлекательных трибологических характеристик полученных покрытий с коэффициентами трения порядка 0.3 даже после 3000 циклов трения. Разработан ряд методов оценки потенциала супергидрофобных покрытий на металлах для борьбы с обледенением в условиях периодического орошения поверхностей переохлажденной водой. Ряд методов, таких как анализ эволюции смачивания поверхности образцов при монотонном снижении температуры от +20°С до -30°С в условиях насыщенной водными парами атмосферы, метод погружения образца с покрытием в водную среду с последующей циклической вариацией температуры водной фазы от+30°С до -40°С, метод, основанный на исследовании статистики кристаллизации ансамбля сидящих на супергидрофобной поверхности капель, был применен для тестирования разрабатываемых в данной работе покрытий. Показана очень высокая противообледенительная способность покрытий, получаемых на основе наносекундного лазерного текстурирования. Метод анализа количества накопленного мокрого снега и льда был реализован в натурных испытаниях, в температурных и влажностных условиях, характерных для московского региона. Результаты испытаний первого зимнего сезона показали удовлетворительное сохранение способности покрытий снижать накопление снега.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Получены данные по статистике кристаллизации деионизованной воды и 0.5 молярного раствора NaCl на супергидрофобных покрытиях, созданных на поверхности алюминиевого сплава АМг2 и силоксановой резины с применением наносекундного лазерного текстурирования. Показано, что даже при температуре T= -20 °C на супергидрофобных поверхностях капли деионизованной воды могут оставаться жидкими в течение десятка минут. В то же время, задержка нуклеации льда в каплях солевых растворов достигает уже десятка часов. Предложены механизмы, объясняющие значительное повышение времен нахождения в метастабильном переохлажденном состоянии капель раствора, по сравнению с каплями воды. Обнаружено, что при механической нестойкости элементов текстуры, приводящей при контакте поверхности с каплей жидкости к переносу наночастиц с поверхности в объем жидкости, время задержки кристаллизации капель воды на супергидрофобной силоксановой резине оказывается даже меньше, чем на нетекстурированном образце. Показано, что нанесение на текстурированную поверхность резины фтороксисилана с тремя функциональными группами, работающего как связующее, позволяет закрепить текстуру и сделать ее механически и химически более стойкой при контакте с водой. Получающаяся в результате супергидрофобная поверхность характеризуется временами задержки кристаллизации капель воды много большими, чем на нетекстурированной резине. При этом, для капель 0.5 М раствора NaCl времена сохранения метастабильного переохлажденного состояния повышаются в разы. Полученные нами на различных супергидрофобных поверхностях результаты указывают, что противообледенительная способность супергидрофобных покрытий по отношению к морской воде существенно выше, чем по отношению к деионизованной воде. Проведены натурные испытания накопления мокрого снега и льда на разработанных супергидрофобных покрытиях. Полученные в натурных испытаниях результаты показали значительное понижение накопления снега и льда на супергидрофобных покрытиях по сравнению с необработанными металлическими поверхностями. Разработана методика для анализа накопления льда на супергидрофобных поверхностях и создана пилотная установка для испытаний покрытий на обледенение в климатической камере. Показано, что при малых углах наклона поверхности к горизонту φ=15°, что соответствует жестким условиям испытаний, вес льда, скапливающегося на супергидрофобной силоксановой резине, полученной при текстурировании с последующим осаждением фтороксисилана, вдвое ниже веса льда, формирующегося на необработанной резине. Выполнен цикл исследований по влиянию длины цепи насыщенных спиртов и условий контакта паров спирта с ансамблями капель воды на статистику кристаллизации. Результаты низкотемпературных экспериментов показали, что оптимальная длина молекул спирта, наносимых адсорбцией из паров, для увеличения времени задержки кристаллизации, соответствует додеканолу. Это позволяет увеличить время поддержания капель в переохлажденном состоянии до кристаллизации, например, при Т= - 17 °С, до 2-х суток. Получены данные по коррозионной стойкости разработанных супергидрофобных покрытий на титане (ВТ1-0), медном сплаве (М1М), магниевом сплаве MA8 и алюминиевом сплаве АМг2 в коррозионно-активных средах различного состава и концентрации. Показано, что непрерывный контакт супергидрофобных покрытий на металлических образцах с высококонцентрированным раствором KCl даже в течение суток позволяет выявить дефекты, приводящие к понижению коррозионной стойкости нанесенного покрытия. Выполненные нами исследования указывают, что коррозионная стойкость супергидрофобных покрытий на исследованных цветных металлах падает в последовательности Амг2> ВТ1-0> М1М> MA8. Однако даже для магниевого и медного сплавов при длительном контакте с коррозионно-активной средой сохраняется супергидрофобное состояние с углами смачивания, значительно превышающими 150°, и низкими углами скатывания. Для супергидрофобных покрытий на АМг2 получены данные по коррозионной стойкости в 0.5М и 3М растворах KCl, KBr и KI. Обнаружено, что при кратковременном контакте с упомянутыми электролитами токи коррозии слабо зависят от режима лазерного текстурирования материала, и, следовательно, от состава и структуры покрытия. Однако при длительном контакте с концентрированными растворами было показано, что лучшими защитными свойствами обладают супергидрофобные покрытия, полученные интенсивной лазерной обработкой. Обнаружено, что при длительном экспонировании образца АМг2 с покрытием в концентрированном растворе, токи коррозии и скорости гидролиза хемосорбированных молекул гидрофобного агента растут согласно последовательности Хофмайстера I < Br < Cl. Для объяснения полученной в эксперименте коррозионной стойкости супергидрофобных покрытий в растворах различных галогенидов щелочных металлов впервые были сформулированы механизмы противокоррозионного действия супергидрофобных покрытий и обсужден синергетический эффект параллельного действия этих механизмов. Формулирование новых механизмов позволило оптимизировать режимы лазерного текстурирования и хемосорбции гидрофобных агентов для созданных в данной работе покрытий. В результате удалось получить покрытия, демонстрирующие очень высокую стойкость к коррозии, даже после экспонирования образцов в 3М растворах галогенидов калия в течение месяца. Сравнение с имеющимися литературными данными показало, что полученные нами покрытия обладают рекордными противокоррозионными характеристиками.