El efecto de loto ha inspirado muchos tipos de superficies repelentes de líquidos, pero pequeñas gotas de agua se adhieren a las estructuras de las hojas de loto. Ahora, los investigadores de Penn State han desarrollado las primeras superficies altamente resbaladizas nano / micro-texturizadas capaces de superar el líquido inspirado en las hojas de lotorecubrimientos repelentes, particularmente en situaciones donde el agua está en forma de vapor o pequeñas gotas.
Mejorar la movilidad de las gotas de líquido en superficies rugosas tiene aplicaciones que van desde la transferencia de calor de condensación para intercambiadores de calor en plantas de energía hasta la recolección de agua más eficiente en regiones áridas donde la recolección de gotas de niebla en mallas recubiertas proporciona agua potable y riego para la agricultura para la prevención deFormación de hielo y glaseado en las alas de los aviones.
"Esto representa un concepto fundamentalmente nuevo en superficies de ingeniería", dijo Tak-Sing Wong, profesor asistente de ingeniería mecánica y miembro de la facultad en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State. "Nuestras superficies combinan las arquitecturas de superficie únicas de las hojas de loto y la jarraplantas, de tal manera que estas superficies posean un área de superficie alta y una interfaz resbaladiza para mejorar la recolección de gotas y la movilidad. La movilidad de las gotas de líquido en superficies rugosas depende en gran medida de cómo el líquido moja la superficie. Hemos demostrado por primera vezexperimentalmente que las gotas de líquido pueden ser altamente móviles cuando están en el estado de Wenzel "
Las gotas de líquido en superficies rugosas vienen en uno de dos estados, Cassie, en el que el líquido flota parcialmente en una capa de aire o gas, y Wenzel, en el que las gotas están en contacto total con la superficie, atrapándolas o sujetándolas.La ecuación de Wenzel se publicó en 1936 en uno de los artículos más citados en el campo; sin embargo, hasta ahora, ha sido extremadamente difícil verificar con precisión la ecuación experimentalmente.
"A través de un análisis cuidadoso y sistemático, encontramos que la ecuación de Wenzel no se aplica a líquidos altamente humectantes", dijo Birgitt Boschitsch Stogin, una estudiante graduada en el grupo de Wong y coautora de un artículo titulado "Slippery Wenzel State", publicado en el28 de agosto edición en línea de la revista ACS Nano.
"Las gotas en superficies rugosas convencionales son móviles en el estado Cassie y fijadas en el estado Wenzel. El estado pegajoso de Wenzel ocasiona muchos problemas en la transferencia de calor por condensación, recolección de agua y remoción de hielo. Nuestra idea es resolver estos problemas habilitando a Wenzellas gotitas estatales serán móviles ", dijo Xianming Dai, un erudito postdoctoral en el grupo de Wong y el autor principal en el ACS Nano papel
En la última década, se han dedicado enormes esfuerzos al diseño de superficies rugosas que impiden la transición de humectación de Cassie a Wenzel. Un avance conceptual clave en el estudio actual es que tanto las gotas de estado de Cassie como las de Wenzel pueden retener la movilidad en el terreno resbaladizosuperficie, renunciando al difícil proceso de evitar la transición de humectación.
Para hacer que las gotas de estado de Wenzel sean móviles, los investigadores grabaron pilares de escala micrométrica en una superficie de silicio usando fotolitografía y grabado profundo de iones reactivos, y luego crearon texturas a nanoescala en los pilares mediante grabado húmedo. Luego infundieron las nanotexturas con una capade lubricante que recubrió completamente las nanoestructuras, lo que resultó en una fijación muy reducida de las gotas. Las nanoestructuras también mejoraron en gran medida la retención de lubricante en comparación con la superficie microestructurada sola.
El mismo principio de diseño puede extenderse fácilmente a otros materiales más allá del silicio, como metales, vidrio, cerámica y plásticos. Los autores creen que este trabajo abrirá la búsqueda de un nuevo modelo unificado de física de humectación que explique los fenómenos de humectación en brutosuperficies como la de ellos
Esta investigación fue financiada por el Premio CAREER de la National Science Foundation y una Beca de Investigación de Posgrado, y la Oficina de Investigación Naval premio MURI. Los investigadores realizaron su trabajo en el Laboratorio de Nanofabricación de Penn State, parte de la Red Nacional de Infraestructura de Nanotecnología NNIN, financiado por la National Science Foundation. Se ha presentado una patente provisional de los Estados Unidos para este trabajo. Shikuan Yang, un erudito postdoctoral en el grupo de Wong, también contribuyó al trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación de Materiales de Penn State . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :