تصنيع خطوة واحدة لأقمشة فائقة الكراهية للماء مع أداء ميكانيكي مستقر في ظروف قاسية

لماذا تهم الملابس الجافة والمريحة

كل من تعرض لمطر غزير أو سكب قهوة ساخنة على حجره يعلم أن الملابس المبللة أمر أكثر من مجرد إزعاج. للمشاة والعمال والرياضيين والعاملين في المجال الطبي، البقاء جافًا قد يكون مسألة سلامة بالإضافة إلى الراحة. ومع ذلك، تفقد العديد من السترات والسراويل الطاردة للماء فعاليتها بعد عدد قليل من الغسلات أو الاستخدام الخشن، وبعضها يعتمد على مواد كيميائية أصبحت محل تدقيق لأسباب صحية وبيئية.

طريقة جديدة للحفاظ على جفاف الأقمشة

تقدم هذه الدراسة طريقة بسيطة من خطوة واحدة تمنح أنواعًا عديدة من الأقمشة سطوحًا فائقة الطرادة للماء مع المحافظة على خفتها وقابليتها للتنفس ونعومتها. يسمي المؤلفون المعالجة قشرة فائقة الطرادة مجمعة جزيئيًا ومتانة (MARS). بدلًا من استخدام جزيئات فضفاضة أو مواد فلورية طويلة العمر، تنمو العملية قشرة رقيقة ملتصقة بقوة من السيليكا وسلاسل شمعية مباشرة على كل ليف. وبما أن القشرة مرتبطة كيميائيًا، فإنها تقاوم الاحتكاك والانثناء الذي سيُتلف الطلاءات العادية بسرعة.

التعلّم من مخلوقات التربة الصغيرة

الفكرة مستلهمة من ديدان التربة الصغيرة (springtails)، وهي حيوانات صغيرة تعيش في التربة الرطبة لكنها تحافظ على جفاف جلدها. تغطي الطبقة الخارجية لديها نتوءات صغيرة على شكل فطر وتموجات دقيقة تحبس الهواء وتجعل من الصعب أن يلتصق الماء. قلد الباحثون ذلك بتشكيل مزيج مشابه من نتوءات صغيرة وخشونة نانومترية على الخيوط. يسحبون خيطًا ملتفًا عبر محلول منخفض التكلفة يحتوي على مكونين قائمين على السيليكون. في الهواء الرطب، يتفاعل أحد المكونات بسرعة مع سطح الليف لتكوين هيكل شبيه بالزجاج، بينما يضيف الآخر سلاسل زيتية طويلة لا تحب الماء. معًا تنشئان قشرة رقيقة ذات نتوءات شبيهة بالفطر وطبقة خارجية خشنة حول كل ليف في الخيط.

من الألياف المفردة إلى الملابس المكتملة

بما أن القشرة تتشكل على الألياف الفردية قبل النسيج أو الحياكة، يبقى تأثير الطرد المائي عند معالجة ضغوط تصنيع النسيج. تُظهر الألياف المعالجة المفردة من القطن والصوف والبوليستر والنايلون جميعها طرادة مائية شديدة، حتى للقطيرات المجهرية التي عادةً ما تلتصق بسهولة. عند نسج أو حياكة هذه الخيوط، تظهر الأقمشة الناتجة زوايا اتصال ماء عالية جدًا وزوايا انزلاق منخفضة جدًا: تستقر القطرات على قمم ملمس النسيج مع احتباس الهواء تحته. حتى أن الفريق تطريز أنماط ملونة بخيوط معالجة على قماش غير معالج، مكوِّنين زخارف بقيت جافة بينما امتص النسيج المحيط ماء الصبغة، وكل ذلك دون تغيير ملحوظ في اللون أو الملمس.

تعريض الأقمشة للاختبار

بعد ذلك دفع المؤلفون هذه المنسوجات المعالجة إلى ما هو أبعد من الاستخدام اليومي. في اختبارات الرش، بقيت الأقمشة جافة بعد كميات ماء تفوق مستويات التصنيف القياسية وصدت انسكابات المشروبات والمشروبات الغازية. في محاكاة الأمطار واصطدامات نفاثة عالية السرعة تحاكي العواصف الشديدة، ارتدت القطرات بدلًا من أن تتشرب. تحملت القمصان القياسية والليجنز والأحذية والجوارب والقماش المشمع المعالجة العديد من أنواع التآكل: عشرات الآلاف من دورات الاحتكاك، جري طويل على جهاز المشي مع احتكاك أحزمة الحقيبة، شد متكرر، فرك، تقشير بالشريط اللاصق، وسقوط الرمل. حتى بعد الغسيل الآلي حتى عشرين مرة، بقيت الأقمشة شديدة الطرد المائي. أظهر التعرض الخارجي لمدة عام كامل عبر الشمس والعواصف والطقس المتجمد والحرارة بهتان لون معتدل فقط وحافظ على الأداء.

التعامل مع الحرارة والبخار والسلامة

تفشل العديد من الملابس الطاردة للماء عند تعرضها لماء ساخن جدًا أو للبخار، مما قد يؤدي إلى إصابات حروق. حافظت الأقمشة المعالجة بـMARS على طرد الماء بدرجات حرارة 85–95 °C، والقهوة الساخنة تحت ضغط، وبخار بدرجة حرارة 160 °C، حتى بعد تقلبات سريعة بين ماء مغلي والنيتروجين السائل. أظهرت الاختبارات أن الطلاء يساعد في منع تكثف البخار داخل القماش مع السماح ما زال بمرور الهواء، لذا يظل القماش قابلاً للتنفس. تحت الماء، احتفظت الليجنز المصنوعة بهذه المعالجة بطبقة لامعة من الهواء المحتجز وخفّضت مقاومة الماء بنحو 40 في المئة مقارنة بالقماش العادي. أشارت اختبارات الخلايا في المختبر إلى أن المواد المستخدمة في الطلاء أقل ضررًا للخلايا من نهاية طرد ماء فلورية شائعة.

ما الذي قد يعنيه هذا للمعدات المستقبلية

بعبارات يومية، يشير هذا العمل إلى ملابس وأحذية ومنسوجات تقنية يمكنها البقاء جافة ومريحة أثناء المطر الغزير والاستخدام الخشن والسوائل الساخنة والغسيل المتكرر دون الاعتماد على مواد فلورية طويلة الأمد. من خلال بناء قشرة متينة مستوحاة من ديدان التربة على كل ليف في خطوة واحدة منخفضة التكلفة، تقدم طريقة MARS وسيلة لدمج طرادة ماء قوية مع النعومة وقابلية التنفس والاعتبار البيئي. قد يفيد ذلك معدات الهواء الطلق والزيّ الوقائي والملابس الرياضية وحتى المنسوجات الذكية المستقبلية التي تحتاج إلى كل من المتانة والملامسة اللطيفة للجلد.

الاستشهاد: Liu, Z., Zhao, K., Ma, J. et al. One-step fabrication of superhydrophobic fabrics with stable mechanical performance in harsh conditions. Nat Commun 17, 4264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70857-7

الكلمات المفتاحية: قماش فائق الطرادة للماء, منسوجات طاردة للماء, طلاء خالٍ من PFAS, ملابس متينة, مواد مستوحاة من الطبيعة