"Omnifóbico" puede sonar como una forma de describir a alguien que le tiene miedo a todo, pero en realidad se refiere a un tipo especial de superficie que repele prácticamente cualquier líquido. Tales superficies podrían potencialmente usarse en todo, desde cascos de barcos que reducen la resistencia y aumentan la eficiencia, a los revestimientos que resisten las manchas y protegen contra los productos químicos dañinos. Pero las superficies omnifóbicas desarrolladas hasta ahora adolecen de un problema importante:la condensación puede desactivar rápidamente sus propiedades de eliminación de líquidos.

Ahora, Los investigadores del MIT han encontrado una manera de superar este efecto, produciendo un diseño de superficie que reduce drásticamente los efectos de la condensación, aunque con un ligero sacrificio en el rendimiento. Los nuevos hallazgos se describen en la revista. ACS Nano , en un artículo del estudiante de posgrado Kyle Wilke, profesora de ingeniería mecánica y jefa de departamento Evelyn Wang, y otros dos.

Crear una superficie que pueda arrojar prácticamente todos los líquidos requiere un tipo de textura precisa que cree una serie de bolsas de aire microscópicas separadas por pilares o crestas. Estas bolsas de aire mantienen la mayor parte del líquido alejado del contacto directo con la superficie, evitando que se "moje, "o extendiéndose para cubrir toda una superficie. En su lugar, el líquido se convierte en gotitas.

"Muchos líquidos humedecen perfectamente, lo que significa que el líquido se esparce por completo, ", dice Wilke. Estos incluyen muchos de los refrigerantes que se utilizan en aires acondicionados y refrigeradores, hidrocarburos como los que se utilizan como combustibles y lubricantes, y muchos alcoholes. "Son muy difíciles de repeler. La única forma de hacerlo es a través de una geometría de superficie muy específica, que no es tan fácil de hacer, " él añade.

Varios grupos están trabajando en métodos de fabricación, él dice, pero con características de la superficie medidas en decenas de micrones (millonésimas de metro) o menos, "puede hacer que sea bastante difícil de fabricar, y puede hacer que las superficies sean bastante frágiles ".

Si tales superficies están dañadas, por ejemplo, si uno de los pilares diminutos se dobla o se rompe, puede anular todo el proceso. "Un defecto local puede destruir la capacidad de toda la superficie para repeler líquidos, ", dice. Y la condensación, como la formación de rocío debido a una diferencia de temperatura entre el aire y la superficie, actúa de la misma manera, destruyendo la omnifobicidad.

"Consideramos:¿Cómo podemos perder algo de repelencia pero hacer que la superficie sea robusta" tanto contra el daño como contra el rocío, Dice Wilke. "Queríamos una estructura que un defecto no destruyera". Después de mucho cálculo y experimentación, encontraron una geometría que cumple con ese objetivo gracias, en parte, a bolsas de aire microscópicas que están desconectadas en lugar de conectadas en las superficies, haciendo que la propagación entre bolsillos sea mucho menos probable.

Las funciones tienen que ser muy pequeñas, el explica, porque cuando se forman las gotas, inicialmente están en la escala de nanómetros, o mil millonésimas de metro, y el espacio entre estas gotitas en crecimiento puede ser menor de un micrómetro.

La arquitectura clave que desarrolló el equipo se basa en crestas cuyos perfiles se asemejan a una letra T, o en algunos casos una letra T con serifas (los pequeños ganchos al final de los trazos de las letras en algunos tipos de letra). Tanto la forma en sí como el espaciado de estas crestas son importantes para lograr la resistencia de la superficie al daño y la condensación. Las formas están diseñadas para utilizar la tensión superficial del líquido para evitar que penetre en las pequeñas bolsas de aire de la superficie. y la forma en que se conectan las crestas evita que cualquier penetración local de las cavidades superficiales se propague a otras cercanas, como ha confirmado el equipo en pruebas de laboratorio.

Las crestas se fabrican en un proceso de varios pasos utilizando sistemas estándar de fabricación de microchips, primero grabar los espacios entre las crestas, luego cubriendo los bordes de los pilares, luego grabar esos recubrimientos para crear la hendidura en los lados de las crestas, dejando un saliente en forma de hongo en la parte superior.

Debido a las limitaciones de la tecnología actual, Wilke dice:Las superficies omnifóbicas rara vez se utilizan hoy en día, pero mejorar su durabilidad y resistencia a la condensación podría permitir muchos usos nuevos. El sistema necesitará un mayor refinamiento, aunque, más allá de esta prueba inicial del concepto. Potencialmente, podría usarse para hacer superficies autolimpiantes, y para mejorar la resistencia a la acumulación de hielo, para mejorar la eficiencia de la transferencia de calor en los procesos industriales, incluida la generación de energía, y para reducir el arrastre en superficies como los cascos de los barcos.

Tales superficies también podrían proporcionar protección contra la corrosión, reduciendo el contacto entre la superficie del material y cualquier líquido corrosivo al que pueda estar expuesto, dicen los investigadores. Y debido a que el nuevo método ofrece una forma de diseñar con precisión la arquitectura de la superficie, Wilke dice que se puede utilizar para "adaptar la forma en que una superficie interactúa con los líquidos, como para adaptar la transferencia de calor para la gestión térmica en dispositivos de alto rendimiento ".

Chang-Jin Kim, un profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de California en Los Ángeles que no participó en este trabajo, dice "Una de las limitaciones más importantes de las superficies omnifóbicas es que, mientras que dicha superficie tiene una repelencia a líquidos superior, toda la superficie se humedece una vez que el líquido entra en los huecos de la superficie texturizada en algunos lugares. Este nuevo enfoque aborda esta misma limitación ".

Kim agrega que "me gusta que su idea clave se basara en la ciencia fundamental, mientras que su objetivo era resolver un problema clave de la vida real. El problema que abordaron es importante pero muy difícil ". él dice, "Este enfoque puede potencialmente hacer que algunas de las superficies omnifóbicas sean útiles y prácticas para algunas aplicaciones importantes".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.