Algunos cuerpos de insectos han desarrollado la capacidad de repeler el agua y el aceite, adherirse a diferentes superficies, y eliminar reflejos de luz. Los científicos han estado estudiando los mecanismos físicos que subyacen a estas notables propiedades que se encuentran en la naturaleza e imitándolas para diseñar materiales para su uso en la vida cotidiana.

Muchos años atrás, 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 los exoesqueletos de insectos que tienen pelos diminutos diseñados para repeler el agua atrapando el aire. Su método aprovecha la capacidad de los materiales llamados copolímeros de bloque (cadenas de dos moléculas distintas unidas entre sí) para autoensamblarse en patrones ordenados con dimensiones que miden solo decenas de nanómetros de tamaño. Los científicos utilizaron estos patrones autoensamblados para crear texturas a nanoescala en una variedad de materiales inorgánicos. incluido el 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 la caída de las gotas de agua, arrastrando las partículas de suciedad y dejando las superficies completamente secas.

Ahora, trabajando con colegas en Francia, de ESPCI Paris Tech, École Polytechnique, y el Grupo Thales:han demostrado además que las nanotexturas optimizadas tienen excelentes capacidades anti-empañamiento, como se describe en un artículo publicado en línea en la edición del 27 de febrero 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 bobinas de condensación de generadores de energía de turbinas de vapor, parabrisas de automóviles y aviones, y otros materiales propensos a empañarse.

"Muchos materiales texturizados pueden repeler el agua, con gotas de agua de tamaño milimétrico rebotando 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 instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, donde Black y el ex físico Antonio Checco del Departamento de Física de la Materia Condensada y Ciencia de los Materiales de Brookhaven y el ex investigador postdoctoral asociado de CFN Atikur Rahman fabricaron las nanotexturas.

La niebla se forma cuando está caliente el aire húmedo golpea una superficie más fría (como una ventana o un parabrisas) y forma gotas de agua, un proceso llamado condensación. Cuando las gotas de agua son de tamaño similar a las características estructurales de una superficie hidrofóbica texturizada ("que odia el agua"), 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, resultando en la aparición de niebla.

Los científicos han observado previamente que las alas de las cigarras, que están cubiertos 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 superficie en energía cinética cuando dos gotas se combinan. 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 afectan la capacidad antivaho de la superficie de un modelo.

Para simular condiciones de empañamiento, 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 nanotexturizadas. Estas mediciones revelaron que la adhesión de las gotas se vio significativamente afectada por el tipo de nanotextura de la superficie, con gotas cálidas que se adhieren fuertemente a aquellas con texturas grandes y apenas se adhieren a las superficies con las más pequeñas.

"Texturas con los tamaños de elementos más pequeños y la forma adecuada; en este caso, cónico:resiste el empañamiento porque las gotas de agua condensada son demasiado grandes para penetrar la textura. Las gotitas permanecen en la parte superior, esencialmente flotando en el colchón de aire atrapado debajo, "dijo Black.

A continuación, los científicos utilizaron un microscopio óptico conectado a una cámara de video de alta resolución para ver la condensación de las gotas en diferentes texturas durante la formación del rocío. cuando la humedad atmosférica se condensa más rápido de lo que se evapora. Si bien todas las texturas están cubiertas inicialmente por una gran cantidad de microgotitas, con el tiempo, las texturas con forma cilíndrica se cubren de agua, mientras que los de forma cónica se secan espontáneamente. Las texturas de forma cónica resisten la formación de rocío porque las gotas de agua están tan ligeramente adheridas a la superficie que cuando dos gotas se unen, obtienen suficiente energía para saltar espontáneamente de la superficie, similar al mecanismo observado en las alas de las cigarras.

"Este trabajo representa lo excelente, poder multiplicativo de las instalaciones de los usuarios 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, que llevó el estudio de las superficies hidrofóbicas en nuevas direcciones, "dijo Black.