Investigadores de la Universidad de Sydney han observado que las moléculas de aceite conservan sus propiedades "similares a las de un líquido" cuando se unen químicamente como una capa extremadamente delgada a superficies sólidas, lo que abre nuevas posibilidades para diseñar materiales sostenibles con características antiadherentes.
Los hallazgos se publican en la revista Angewandte Chemie. , dirigido por el Dr. Isaac Gresham con los coautores la profesora Chiara Neto y el estudiante con honores Seamus Lilley de la Facultad de Química y Sydney Nano, el Dr. Kaloian Koynov del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros y el Dr. Andrew Nelson del Centro Australiano de Dispersión de neutrones.
Los recubrimientos "similares a líquidos" que estudió el equipo, conocidos como superficies líquidas resbaladizas unidas covalentemente (SCALS), se producen a partir de siliconas o polietilenglicol, los cuales se descomponen en subproductos inofensivos en el medio ambiente.
SCALS son antiadhesivos sin depender de los problemáticos polímeros perfluorados (PFAS), conocidos como "productos químicos permanentes" que se suelen utilizar por sus propiedades de baja adherencia.
"Estas capas similares a líquidos son extremadamente resbaladizas para la mayoría de los contaminantes:arrojan gotas de líquido sin esfuerzo, lo cual es excelente para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor y para recolectar agua, previenen la acumulación de incrustaciones y resisten la adhesión de hielo y bacterias. acercándonos un paso más a un mundo autolimpiante", afirmó el profesor Neto, que dirige el Laboratorio de Nanointerfaces de la Universidad de Sydney.
"Podemos correlacionar el rendimiento excepcional de estas capas con su nanoestructura, lo que significa que ahora sabemos a qué apuntamos cuando diseñamos superficies resbaladizas, lo que nos permite hacerlas aún más efectivas y ofrecer alternativas viables a los recubrimientos fluorados".
Las resbaladizas capas nanofinas, de entre dos y cinco milmillonésimas de metro de espesor o 10.000 veces más delgadas que un cabello humano, están formadas por moléculas de aceite que tienen sólo cien átomos de largo.
"Una gota de agua se desliza sin fricción sobre una película espesa de aceite, pero si se elimina completamente la película de aceite, por ejemplo usando jabón, la mayoría de las gotas de agua se pegarán a las superficies sólidas", dijo el profesor Neto.
"¿Qué tan delgada puede ser la capa de aceite sobre una superficie sólida antes de que ya no sea 'parecida a un líquido'? En la nanoescala, la definición de líquido se vuelve algo resbaladiza."
Para desentrañar los secretos de sus recubrimientos líquidos ultrafinos, el equipo utilizó dos técnicas para "ver" las capas superficiales.
La primera técnica es la espectroscopia de fuerza de una sola molécula, que mide la longitud de las moléculas individuales y la fuerza necesaria para estirarlas o comprimirlas.
El segundo es la reflectometría de neutrones, que permite a los científicos medir la longitud y la densidad de injerto de las moléculas.
"Descubrimos que si las moléculas líquidas eran demasiado cortas y escasamente injertadas en la superficie sólida, no cubrían adecuadamente la superficie sólida subyacente y permanecían pegajosas", dijo el profesor Neto.
"Por otro lado, si las moléculas eran demasiado largas o estaban injertadas demasiado densamente, no tenían suficiente flexibilidad para actuar como un líquido.
"Para que SCALS sea efectivo, necesitaban estar en una zona de Ricitos de Oro, donde no sean ni demasiado cortos ni demasiado largos, ni demasiado sueltos ni demasiado apretados".
Para demostrar definitivamente que las propiedades excepcionales de estas capas se deben a su estado "líquido", el equipo midió la velocidad a la que una pequeña molécula sonda se difundía dentro de la capa.
Las moléculas pueden difundirse a través de líquidos, pero no a través de sólidos. El profesor Neto dijo que la difusión molecular más rápida se observó en la zona de Ricitos de Oro, donde las moléculas de aceite tienen la longitud justa y están injertadas con una densidad moderada.
Más información: Isaac Gresham et al, La nanoestructura explica el comportamiento de superficies líquidas resbaladizas unidas covalentemente, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202308008
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie , Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Sydney
