En esta imagen, la imagen central es el perfil óptico de una gota de agua colocada sobre silicio "con nanopartículas"; la imagen de la derecha es una micrografía electrónica de barrido de las nanocavidades; y la imagen de la izquierda es una caricatura que ilustra la forma de las nanoburbujas según se infiere de las mediciones de rayos X.
(PhysOrg.com) - El primer vistazo de minúsculas burbujas de aire que impiden que el agua moje una superficie súper antiadherente podría conducir a nuevos materiales súper resbaladizos con aplicaciones en energía, medicamento, y más.
Los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Obtuvieron el primer vistazo de minúsculas burbujas de aire que impiden que el agua moje una superficie súper antiadherente. Información detallada sobre el tamaño y la forma de estas burbujas, y el material antiadherente que los científicos crearon al marcar un material liso con cavidades que miden solo mil millonésimas de un metro - se publica hoy en línea en la revista Nano letras .
“Nuestros resultados explican cómo estas nanocavidades atrapan pequeñas burbujas que hacen que la superficie sea extremadamente repelente al agua, ”Dijo el físico y autor principal de Brookhaven, Antonio Checco. La investigación podría conducir a una nueva clase de materiales antiadherentes para una variedad de aplicaciones, incluyendo plantas de energía de eficiencia mejorada, barcos más rápidos, y superficies resistentes a la contaminación por gérmenes.
Las superficies antiadherentes son importantes para muchas áreas de la tecnología, desde reducción de arrastre hasta agentes antihielo. Estas superficies generalmente se crean aplicando recubrimientos, como el teflón, para alisar superficies. Pero recientemente, tomando la iniciativa de las observaciones en la naturaleza, en particular, la hoja de loto y algunas variedades de insectos; los científicos se han dado cuenta de que un poco de textura puede ayudar. Al incorporar características topográficas en superficies, han creado materiales extremadamente repelentes al agua.
"Llamamos a este efecto" superhidrofobicidad, ’”, Dijo el físico de Brookhaven, Benjamin Ocko. “Ocurre cuando las burbujas de aire quedan atrapadas en las superficies texturizadas, reduciendo así drásticamente el área de líquido en contacto con el sólido ". Esto obliga al agua a formar gotas en forma de perla, que están débilmente conectados a la superficie y pueden rodar fácilmente, incluso con la más mínima inclinación.
“Para vislumbrar por primera vez las nanoburbujas en una superficie superhidrofóbica, creamos una matriz regular de más de un billón de nanocavidades en una superficie que de otro modo sería plana, y luego lo recubrió con un surfactante similar a la cera, "Dijo Charles Black, físico del Centro de Nanómetros Funcionales de Brookhaven.
Este revestido La superficie texturizada a nanoescala era mucho más repelente al agua que la superficie plana sola, sugiriendo la existencia de nanoburbujas. Sin embargo, porque la nanoescala no es accesible con microscopios ordinarios, poco se sabe sobre estas nanoburbujas.
Para demostrar sin ambigüedades que estas burbujas ultrapequeñas estaban presentes, el equipo de Brookhaven llevó a cabo mediciones de rayos X en la fuente de luz del sincrotrón nacional. “Al observar cómo se difractaban los rayos X, o rebotó en la superficie, podemos obtener imágenes de características extremadamente pequeñas y mostrar que las cavidades estaban en su mayoría llenas de aire, ”Dijo la física de Brookhaven Elaine DiMasi.
Checco agregado, “Nos sorprendió que el agua penetrara solo entre 5 y 10 nanómetros en las cavidades, una cantidad que corresponde a solo entre 15 y 30 capas de moléculas de agua, independientemente de la profundidad de las cavidades. Esto proporciona la primera evidencia directa de la morfología de burbujas tan pequeñas ".
Según las observaciones de los científicos, las burbujas tienen un tamaño de sólo 10 nanómetros, unas diez mil veces más pequeñas que el ancho de un solo cabello humano. Y los resultados del equipo muestran de manera concluyente que estas pequeñas burbujas tienen la parte superior casi plana. Esto contrasta con las más grandes, burbujas micrométricas, que tienen una parte superior más redondeada.
“Esta configuración aplanada es atractiva para una variedad de aplicaciones porque se espera que aumente el deslizamiento hidrodinámico más allá de la superficie nanotexturizada, ”Dijo Checco. "Es más, el hecho de que el agua apenas penetra en las nanotexturas, incluso si se aplica una presión externa al líquido, implica que estas nanoburbujas son muy estables ".
Por lo tanto, a diferencia de los materiales de mayor tamaño, texturas del tamaño de un micrómetro, las superficies fabricadas por el equipo de Brookhaven pueden exhibir propiedades superhidrófobas más estables.
“Estos hallazgos proporcionan una mejor comprensión de los aspectos a nanoescala de la superhidropobicidad, que debería ayudar a mejorar el diseño de futuras superficies antiadherentes superhidrofóbicas, ”Dijo Checco.
