TU Wien (Viena), KU Leuven y la Universidad de Zürich han descubierto una superficie robusta cuyas propiedades adhesivas y humectantes se pueden cambiar con electricidad. Este notable resultado aparece en la portada de Naturaleza revista.

Cuando la lluvia cae sobre una hoja de loto, la hoja no se moja. Gracias a su estructura especial, las gotas de agua se deslizan sin mojar la superficie. Los materiales artificiales se pueden hacer repelentes al agua, también. Está, sin embargo, extremadamente desafiante para producir una superficie con humectación conmutable. Ahora, un equipo de investigación de TU Wien, KU Leuven y la Universidad de Zürich han logrado manipular una superficie de una sola capa de nitruro de boro de tal manera que se puede alternar entre estados con alta y baja humectación y adhesión.

Hexágonos haciendo olas

"Una de las propiedades físicas más interesantes de una superficie es su adherencia o fricción estática, "dice Stijn Mertens (Instituto de Física Aplicada de la Universidad Tecnológica de Viena, y asociado con KU Leuven en Bélgica). "Esta fuerza tiene que ser superada para que un objeto en la superficie comience a deslizarse".

La nanoestructura de la superficie determina su adherencia en gran medida:los detalles del contacto entre la superficie y otro objeto (por ejemplo, una gota de líquido) dependen de la geometría de sus átomos y otras propiedades. Esto a su vez es crucial para la adhesión, Stiction y humectación. La relación entre la fricción y la humectación, sin embargo, hasta ahora solo se entiende mal.

"Así como el grafeno material consta de una sola capa de átomos de carbono, nuestro nitruro de boro, que contiene tantos átomos de boro como átomos de nitrógeno, tiene un grosor de una sola capa atómica, "explica Thomas Greber, del Instituto de Física de la Universidad de Zúrich. Esta capa ultrafina se puede cultivar en un monocristal de rodio. Los átomos de la superficie del rodio y del nitruro de boro forman un patrón hexagonal, pero las distancias entre los átomos de los dos materiales son diferentes. Trece átomos en el nitruro de boro ocupan el mismo espacio que doce átomos de rodio, para que los dos cristales no encajen perfectamente. Debido a este desajuste, los hexágonos de nitruro de boro deben doblarse, aparecen como una onda congelada con una longitud de onda de 3,2 nanómetros y una altura de aproximadamente 0,1 nanómetros.

"Precisamente esta nanoonda bidimensional influye en el mojado de la superficie por el agua, "dice Stijn Mertens. En cualquier caso, la superestructura de nitruro de boro se puede alisar con un simple truco:poniendo el material en ácido y aplicando una tensión eléctrica, Los átomos de hidrógeno se deslizan bajo la capa de nitruro de boro y cambian el enlace entre el nitrógeno y el rodio. Esto hace que el nitruro de boro sea plano. De repente, la adhesión de una gota de agua a la superficie cambia drásticamente, a pesar de que la gota es 100.000 veces más grande que las diminutas ondas del nitruro de boro. Si se reduce el voltaje, este efecto se invierte:"Podemos cambiar la superficie una y otra vez entre estos dos estados, "explica Stijn Mertens.

La máquina de medir gotas

Para investigar el mojado de la superficie y aplicar el voltaje al mismo tiempo, un instrumento fue construido especialmente para este propósito, en el que se lleva una gota de líquido a la superficie a través de un tubo de vidrio muy delgado. La gota se hace más grande y más pequeña mientras que al mismo tiempo se registra su forma. Si la forma de la gota es plana o más redondeada depende de las propiedades de la superficie.

Los conceptos para cambiar el mojado de una superficie hacia adelante y hacia atrás han existido por un tiempo. Por ejemplo, Se pueden adherir a la superficie moléculas orgánicas que cambian de forma con la luz de cierto color. Sin embargo, tales moléculas son mucho más complejas y frágiles que los materiales estudiados aquí. "Nuestra superficie consta de una sola capa de átomos, es completamente inorgánico y no cambia incluso si lo calentamos al vacío a 1000 ° C, "coinciden Stijn Mertens y Thomas Greber". Esto significa que este material también podría usarse para aplicaciones en las que las moléculas orgánicas serían destruidas durante mucho tiempo, desde la vida diaria hasta los viajes espaciales ".