Utilizando una variedad de enfoques teóricos y de simulación, Los físicos de la Universidad de Bristol han demostrado que los líquidos en contacto con sustratos pueden exhibir un número finito de clases de comportamiento e identificar las nuevas e importantes.

Sus hallazgos, publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ), desafíe la sabiduría aceptada sobre el comportamiento de la fase de humectación y secado.

Los autores proporcionan un marco conceptual firme para adaptar las propiedades de los nuevos materiales, incluida la búsqueda de sustratos superrepelentes, como expulsar agua de los parabrisas, así como comprender las interacciones hidrofóbicas a escala de longitud de biomoléculas.

Cuando un líquido como el agua se repele de un sustrato sólido, la gota creada presenta un gran ángulo de contacto. Esto se conoce como estado hidrofóbico, o superhidrofóbico si el ángulo de contacto es muy grande, de modo que la gota tenga una forma casi esférica.

Por el contrario, si el sustrato atrae el líquido con suficiente fuerza, en otras palabras, un sustrato hidrófilo:esto crea un pequeño ángulo de contacto y la gota se extiende sobre la superficie.

Si una superficie es hidrófoba o hidrófila se determina por el grado de atracción molecular entre el sustrato y el líquido.

Controlar la atracción es clave para la humectabilidad de los sustratos, que determina cuántos sistemas físicos y biológicos funcionan. Por ejemplo, las hojas de las plantas son a menudo hidrofóbicas, permitiéndoles permanecer secos durante la lluvia para que el intercambio de gases pueda ocurrir a través de sus poros. Sin embargo, líquidos como pinturas, es necesario que las tintas y los lubricantes se extiendan sobre las superficies recubiertas o "mojadas".

Sobre la base de los primeros conocimientos adquiridos por el ex Ph.D. de Bristol. estudiante Dra. Maria Stewart, El profesor Bob Evans y el profesor Nigel Wilding aplicaron una serie de técnicas teóricas y de simulación a modelos de fluidos realistas con el fin de estudiar las propiedades de sustratos hidrófobos e hidrófilos.

Descubrieron un comportamiento rico e inesperado, como fluctuaciones de densidad divergentes asociadas con el fenómeno de "secado crítico" en un sustrato superhidrófobo.

El profesor Evans dijo:"Aclarar los factores que controlan el ángulo de contacto de un líquido sobre un sustrato sólido es un problema científico de larga data pertinente a la física, química y ciencia de los materiales. El progreso se ha visto obstaculizado por la falta de una comprensión completa y unificada de la física de las transiciones de las fases de humectación y secado. Nuestros resultados muestran que el carácter de estas transiciones depende sensiblemente tanto del rango de interacciones fluido-fluido y sustrato-fluido como de la temperatura ".

El profesor Wilding agregó:"Nuestro trabajo ha descubierto clases de diagramas de fase de superficie no reconocidas previamente a las que pertenecen la mayoría de los estudios experimentales y de simulación de líquidos en contacto con un sustrato. Una característica particularmente interesante se relaciona con el agua cerca de sustratos superhidrófobos, donde se observa el fenómeno de la secado 'como θ → 180 °. Esto se indica por fluctuaciones de densidad divergentes que conducen a ricas propiedades estructurales, incluidas las disposiciones fractales de burbujas de vapor cerca del sustrato ".