من أجل من فهم كيفية حماية ملابسنا ومستلزماتنا الأخرى من الماء، يتوجّب علينا إمعانُ النظر في الطبيعة. هناك، سوف نعثر على الإجابة التي تكمن بشكلٍ خاصّ، في ... أوراق اللوتس.
ماذا تبتلّ أقدامنا عندما تطأ في داخل بركة ضحلة (مستنقع) أثناء انتعالِ حذاءٍ مصنوعٍ من القماش، بينما تحمينا الأحذية المغلفة بـ "طبقة مقاومة للماء" بشكلٍ أفضل؟ كيف تتسرب المياه بعد مرور بضع ساعاتٍ على هطول المطر إلى الأحذية الجلدية العادية أيضًا، إلا في حالة أننا قد تذكرنا رشّ الأحذية برذاذ طارد للماء منذ البداية؟ الميزة المشتركة للطبقة العازلة والمادة الغامضة التي تمنع الماء من اختراق الأحذية أو القميص الموجود في الفيديو المرفق هي ميزة كره الماء أو صدّ الماء ("الخوف من الماء" Hydrophobic).
تُعد أوراق نبات اللوتس، التي تنمو في الماء، مثالًا جيدًا على المادة التي لا يكاد يبتلّ سطحها عند ملامسة الماء. عندما نقوم بوضع بضع قطراتٍ من الماء على سطحٍ عادي - طاولة خشبية على سبيل المثال - تمتد القطرة على شكل بركة صغيرة جدًا. من المعتاد تحديد مستوى تمدد البركة بواسطة زاوية التماس بين طرف البركة والسطح. بالنسبة للأسطح العادية، تتراوح زاوية التماس بين 0 و 120 درجة. في المقابل، سوف تحافظ قطرة مماثلة لهذه القطرة على شكلها الكُروي بشكلٍ كامل ما إذا تواجدت على ورقة لوتس، في زاوية تماس تزيد عن 150 درجة، لذلك فإن ملامستها للورقة سوف تكون ضئيلة للغاية.
تُتيح هذه الميزة الخاصة بورقة اللوتس للنبات في الحفاظ على الجفاف في مناطق مهمة فيه، على الرغم من أنّ بعض الأوراق تطفو بالفعل على سطح الماء. فائدة أخرى من ميزة كره الماء الكبيرة الخاصة بورقة اللوتس هي أنّ الماء الذي يتدحرج على سطح الورقة يحمل معه الأوساخ أيضًا، بحيث تكون ورقة اللوتس عبارة عن مادة "تقوم بتنظيف نفسها". تم تمييز قدرة اللوتس على التنظيف الذاتي نتيجة لميزة كره الماء الخارقة لأول مرة في عام 1992، أُطلق عليها اسم "تأثير اللوتس". لقد منحت هذه الظاهرة إلهامًا لتطوير الألوان، الطلاء والمواد الأخرى ذات الخصائص الفائقة في صدّ المياه والتنظيف الذاتي.
مثل سرير المسامير. تصوير بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح للنتوءات الموجودة على أوراق اللوتس| المصدر: مقال البحث الخاص في Ensikat et al
بفضل النتوءات
الظاهرة الأساسية التي تستند إليها ميزة كره الماء الخارقة، هي ميزة كره الماء الطبيعية، أي رفض الماء. المادة الأكثر شيوعًا في قدرتها على صدّ الماء هي الزيت. تتكون جزيئات الدهون التي تُركب الزيت من سلاسل طويلة من الكربون والهيدروجين والتي لا تتفاعل مع جزيئات الماء. من الآثار المألوفة لكراهية الزيت للماء هي أن الزيت والماء لا يختلطان، كما هو الحال مع المواد الأخرى الكارهة للماء مثل الشمع والتيفلون. يتسبب طلاء المادة بطبقة من الزيت أو الشمع في صدّ المادة للماء. بالرغم من ذلك، في حين أنّ الطلاء الدهني أو الشمعي يقوم بتزويد المادة بالخصائص الأساسية لصدّ الماء، إلّا أن الوصول إلى أكبر درجة ممكنة من كره الماء بحاجة إلى ما هو أكبر من ذلك.
يرتبط مفتاح ميزة كره الماء الخارقة بمجال كيمياء السطح، ويتعامل مع شكل وبنية السطح في مبانٍ صغيرة للغاية. عندما نقوم بإلقاء نظرة عن كثب إلى سطح المواد الكارهة للماء بصورة خارقة، نكتشف أنها تتركب من نتوءات كثيفة للغاية. تكون هذه النتوءات مغطاة بأنابيب من المواد الشبيهة بالشمع والتي تصد المياه. يمكن تشبيه ذلك بنوع من "سرير من المسامير" من النتوءات الكارهة للماء التي تدفع بالماء للأعلى وتتركها فوق السطح. نظرًا لأن الماء بالكاد يتلامس مع السطح، يمكنها ببساطة الابتعاد عنه، دون التفاعل معه تقريبًا.
مواد طاردة للماء - شاهدوا مقطع فيديو ل PBS والجمعية الأميركية للكيمياء (باللغة الإنجليزية):
تمتلك المواد ذات القدرة الخارقة على طرد الماء العديد من الاستخدامات. غالبًا ما يتم تجهيز الأحذية الطاردة للماء بطبقة من مادة ذات قدرة خارقة على طرد الماء والتي تعتمد على التفلون - كتلك التي طورتها شركة GorTex، والتي تظهر أيضًا في الفيديو. قامت شركة NeverWet الأمريكية بتطوير عدة أنواع من الرذاذ الطارد للمياه، والتي - وفقًا لادعائها - تحمي الأحذية، الملابس، الزجاج الأمامي الخاص بالسيارات، المعادن، الخشب وغيرها من المواد بحيث تُبقيها جافة ونظيفة. كما قامت شركات أخرى بتطوير منتجات مماثلة. إذا أخذنا الألواح الشمسية، التي تستخدم في تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء، و قمنا بتغليفها بمادة ذات قدرة خارقة على طرد الماء، سوف تتسخ بصورة ضئيلة مما يؤدي إلى تحسين كفاءتها.
لقد فاجئت بلدية سان فرانسيسكو الجميع، عندما قامت باستخدام مواد ذات قدرة خارقة على طرد الماء من أجل تقليل التبول في الأماكن العامة. في يوليو 2015، بدأت البلدية في طلاء الجدران بواسطة ألوان تمتلك قدرة خارقة على طرد الماء، والتي تتسبب بدورها في ابتلال الشخص الذي يقرر التبول على الحائط. تمّت إضافة بعض الكتابات المضحكة المُسليّة على قسم من الجدران، مثل "سوف أقوم بالتبول عليك مجددًا إذا فكرت في محاولة التبول عليّ. الموقع أدناه، السيّد جدار". لقد أرسل طاقم للفحص تمّ توظيفه من قبل البلدية تقريرًا مفاده أن رائحة البول قدّ انخفضت بشكلٍ ملحوظ في الشوارع التي تمّ طلاء جدرانها بالمادة ذات القدرة الخارقة على طرد الماء. يظهر توضيح لقدرات الجدار الخارقة على طرد الماء في مقطع فيديو تقوم فيه امرأة بسكب الماء على جدار كهذا مما يؤدي إلى تبللها. من المتوقع أن تستمر التطورات التكنولوجية القائمة على مواد ذات قدرة خارقة على طرد الماء في التوسع. لكن كل هذه التطورات لم تكن لتتحقق لو لم نتعلم فهم البنية الفريدة الخاصة بسطح أوراق اللوتس، ونكتشف أنّ السطح الخشن المليء بالنتوءات بالذات يمتلك قدرة أكبر على طرد المياه.
الترجمة للعربيّة: بنان مواسي