Los anteojos no necesitan limpiarse nunca más, ¡y los parabrisas sucios son cosa del pasado! Los investigadores del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros en Mainz y la Universidad Técnica de Darmstadt están ahora mucho más cerca de lograr este objetivo. Han utilizado hollín de velas para producir un recubrimiento superampifóbico transparente de vidrio. Tanto el aceite como el agua se desprenden de esta capa, sin dejar absolutamente nada atrás. Algo que incluso se mantuvo cierto cuando los investigadores dañaron la capa con chorro de arena. El material debe esta propiedad a su nanoestructura. Las superficies selladas de esta manera podrían ser útiles en cualquier lugar donde la contaminación o incluso una película de agua sea dañina o simplemente una molestia.

Doris Vollmer odia que sus anteojos siempre se ensucien tan rápido. Sin embargo, El Científico, quien dirige un grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, está buscando una solución al problema, y ​​ella y su equipo están ahora mucho más cerca de encontrar una. Una capa transparente que repele muy bien el agua y el aceite, como lo presentan ahora los investigadores de Mainz, no solo podía mantener el agua y la suciedad alejados de las lentes de las gafas y los parabrisas de los automóviles, pero también, por ejemplo, de las fachadas de cristal de los rascacielos. También podría prevenir residuos de sangre o líquidos contaminados en equipos médicos.

El recubrimiento consiste esencialmente en un material extremadamente simple:sílice, el componente principal de todo el vidrio. Los investigadores cubrieron esto con un compuesto de silicio fluorado, que ya hace que la superficie sea repelente al agua y al aceite, como una sartén antiadherente. La parte realmente inteligente es la estructura del revestimiento, sin embargo. Esto es lo que hace que el vidrio sea súper repelente al agua y súper repelente al aceite. En una sartén con este tipo de recubrimiento, el agua y el aceite simplemente rodarían en forma de gotas. La estructura de la capa se asemeja a un laberinto esponjoso de poros completamente desordenados, que se compone de esferas diminutas.

El hollín de la llama de la vela como modelo para la estructura de vidrio poroso

“Las superficies redondeadas no se pueden mojar ni siquiera con aceites de baja viscosidad, aunque esto sería energéticamente más favorable, ”Dice Doris Vollmer. Esto se debe a que los líquidos que humedecen incluso las superficies fluoradas tendrían que presionarse sobre estas esferas, que miden alrededor de 60 nanómetros (un nanómetro corresponde a una millonésima de milímetro), para formar una película en la superficie. Esto requiere demasiada energía.

Tal recubrimiento sería ideal para numerosas aplicaciones, sobre todo porque es muy fácil de producir. “Incluso podemos producirlo en frascos de mermelada, ”Dice Doris Vollmer. Y el hollín de la llama de una vela a partir del cual los investigadores hicieron algo parecido a una impresión de vidrio, sirvió de modelo para la estructura porosa de las esferas. Los investigadores comenzaron sosteniendo un portaobjetos de vidrio en una llama para que las partículas de hollín, que miden alrededor de 40 nanómetros de diámetro, formó una estructura similar a una esponja en el vidrio. El siguiente paso fue cubrirlo con sílice en un recipiente de vidrio, incluso un frasco de mermelada sería suficiente, depositando vapor de un compuesto de silicio orgánico volátil y amoníaco sobre el depósito de hollín. Cuando posteriormente calentaron el material, el hollín se descompuso. El siguiente paso fue depositar en vapor un compuesto de silicio fluorado también sobre la estructura hueca de sílice.

Luego intentaron humedecer este recubrimiento con diferentes líquidos. Sin embargo, no tuvieron éxito incluso cuando dejan que el hexadecano gotee desde una gran altura sobre él; en una sartén antiadherente, el hexadecano se esparce como agua en un lavabo. "Inicialmente, una gota de aceite penetró en la estructura esponjosa, pero luego rebotó como una pelota de goma, ”Explica Doris Vollmer. Aunque una parte del líquido permaneció en los poros y humedeció el material, cuando la mayor parte de la gota regresó a la superficie a una velocidad más lenta después de rebotar, volvió a sacar la pequeña cantidad de hexano que había quedado fuera de los poros del vidrio. Finalmente, la gota reunida quedó tendida en la superficie como una pelota (ver video). Los investigadores en Mainz probaron la capa superampifóbica con un total de siete líquidos y encontraron que la esponja de vidrio no absorbió ninguno.

Investigación sistemática para revestimientos autolimpiantes

"Como el material repele tan bien el agua y el aceite, Sería adecuado como revestimiento autolimpiante para una gran cantidad de aplicaciones, ”Dice Hans-Jürgen Butt, Directora departamental del Instituto Max Planck con sede en Mainz, donde Doris Vollmer trabaja con su grupo. E incluso si se eliminó una parte de la capa, la estructura de vidrio permaneció superampofóbica. Esto se debe a que su estructura interna es la misma que su estructura en la superficie. Solo pierde sus propiedades de autolimpieza cuando la capa se vuelve más delgada que un micrómetro. Y esto es precisamente lo que sucedería muy pronto en la práctica, incluso si se usó una estructura de esponja autolimpiante de varios micrómetros de espesor para recubrir las lentes de los anteojos o el cristal de una ventana. Cuando los investigadores dejaron que la arena goteara sobre la delicada estructura de vidrio, el revestimiento se desgastó con bastante rapidez. "En el siguiente paso, Por lo tanto, nos gustaría desarrollar una capa que sea superampifóbica, con mejor estabilidad mecánica, ”Dice Doris Vollmer.

Con la ayuda de tales recubrimientos, los investigadores desean obtener más información sobre los factores que determinan qué tan bien un material repele el agua y el aceite. "Todavía no conocemos esta relación en detalle, ”Dice Hans-Jürgen Butt. "La búsqueda de materiales superampifóbicos es, por tanto, más o menos un caso de prueba y error". Tan pronto como los investigadores han logrado una comprensión sistemática de por qué un líquido moja una superficie o no, Las empresas industriales podrán desarrollar revestimientos autolimpiantes específicos para aplicaciones en arquitectura, óptica y medicina.