Algunos cuerpos de insectos han desarrollado la capacidad de repeler el agua y el aceite, adherirse a diferentes superficies y eliminar los reflejos de luz. Los científicos han estado estudiando los mecanismos físicos subyacentes a estas propiedades notables que se encuentran en la naturaleza e imitándolos para diseñar materiales para su uso en la vida cotidiana.
Hace varios años, los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. DOE desarrollaron un método de texturización de la superficie a nanoescala para impartir repelencia al agua completa a los materiales, una propiedad inspirada en exoesqueletos de insectos que tienen pelos pequeños diseñados para repeler el aguaatrapando aire. Su método aprovecha la capacidad de los materiales llamados copolímeros de bloque cadenas de dos moléculas distintas unidas para autoensamblarse en patrones ordenados con dimensiones que miden solo decenas de nanómetros de tamaño. Los científicos utilizaron estos patrones autoensamblados para crear nanoescalatexturas en una variedad de materiales inorgánicos, incluyendo silicio, vidrio y algunos plásticos. Inicialmente, estudiaron cómo cambiar la forma de las texturas de la capacidad de los materiales impactados cilíndricos a cónicos para repeler el agua. Las nanotexturas en forma de cono demostraron ser mucho mejores para forzar el aguagotas para rodar, alejando las partículas de suciedad y dejando las superficies completamente secas.
Ahora, trabajando con colegas en Francia, de ESPCI Paris Tech, École Polytechnique y Thales Group, han demostrado además que las nanotexturas optimizadas tienen excelentes capacidades antiempañamiento, como se describe en un artículo publicado en línea en febrero27 número de Materiales de la naturaleza . Dirigido por David Quéré de ESPCI y École Polytechnique, la investigación proporciona una comprensión fundamental que puede informar nuevos diseños para condensar bobinas de generadores de energía de turbinas de vapor, parabrisas de automóviles y aviones y otros materiales propensos a la nebulización.
"Muchos materiales texturizados pueden repeler el agua, con gotas de agua de tamaño milimétrico que rebotan en sus superficies, pero muchas de estas superficies fallan cuando se exponen a condiciones de niebla o humedad", dijo Charles Black, director del Centro de Nanomateriales Funcionales CFN de Brookhaven Lab, la Oficina del Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE, donde el negro y el ex físico Antonio Checco del Departamento de Física y Materiales de la Materia Condensada de Brookhaven y el ex asociado de investigación postdoctoral CFN Atikur Rahman fabricaron las nanotexturas.
La niebla se forma cuando el aire cálido y húmedo golpea una superficie más fría como una ventana o parabrisas y forma gotas de agua, un proceso llamado condensación. Cuando las gotas de agua tienen un tamaño similar a las características estructurales de una textura hidrofóbica "agua"odiando" la superficie, pueden entrar y crecer dentro de la textura, en lugar de permanecer en la parte superior. Una vez que la textura se llena, el agua que cae sobre el material se atasca, dando como resultado la aparición de niebla.
Los científicos han observado previamente que las alas de las cigarras, que están cubiertas por texturas en forma de cono de tamaño nanométrico, tienen la capacidad de repeler la niebla al hacer que las gotas de agua salten espontáneamente de su superficie, un fenómeno causado por la conversión eficiente de la energía de la superficiea la energía cinética cuando se combinan dos gotas. Motivado por este ejemplo de la naturaleza, el equipo investigó cómo la reducción del tamaño de la textura y el cambio de la forma de la textura impacta la capacidad antiempañamiento de la superficie de un modelo.
Para simular las condiciones de nebulización, los científicos calentaron agua y midieron la fuerza de adhesión a medida que las gotas de agua tibia se enfriaban al entrar en contacto con las superficies nanotexturadas. Estas mediciones revelaron que la adhesión de las gotas se vio significativamente afectada por el tipo de nanotextura de superficie, con gotas calientes fuertemente adheridas a aquellascon texturas grandes y apenas adheridas a las superficies con las más pequeñas.
"Las texturas con los tamaños de características más pequeños y la forma apropiada, en este caso, cónica, resisten el empañamiento porque las gotas de agua de condensación son demasiado grandes para penetrar la textura. Las gotas permanecen en la parte superior, esencialmente flotando sobre el colchón de aire atrapadodebajo ", dijo Black.
Los científicos luego usaron un microscopio óptico conectado a una cámara de video de alta resolución para ver la condensación de gotas en diferentes texturas durante la formación de rocío, cuando la humedad atmosférica se condensa más rápido de lo que se evapora. Mientras que todas las texturas están inicialmente cubiertas por un gran número de microgotas, sobrelas texturas del tiempo con forma cilíndrica se cubren con agua, mientras que las que tienen forma cónica se secan espontáneamente Las texturas con forma cónica resisten la formación de rocío porque las gotas de agua están tan ligeramente adheridas a la superficie que cuando dos gotas se juntan, ganan suficienteenergía para saltar espontáneamente de la superficie, similar al mecanismo observado en las alas de la cigarra.
"Este trabajo representa el excelente poder multiplicativo de las instalaciones del usuario del DOE. En este caso, la colaboración inicial de CFN con un usuario de uno de los departamentos de Brookhaven condujo a una nueva conexión internacional con diferentes usuarios, quienes llevaron a cabo el estudio de superficies hidrofóbicas en nuevosdirecciones ", dijo Black.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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