Material super hidrofóbico 30.01.2015

O lótus é considerado um símbolo de pureza: crescendo na água suja do pântano, nascem flores incrivelmente belas e puras. Parece que o que pode ser comum entre o símbolo da pureza e a física? Acontece que há uma coisa comum, e isso é chamado de termo científico - as propriedades hidrofóbicas da superfície. Se a superfície for hidrofílica, a água pode se espalhar facilmente sobre ela e formar um filme uniforme (um exemplo de tal superfície é o vidro). Mas se você derramar algumas gotas de água em uma panela de Teflon, elas não grudarão na superfície e, se você incliná-la em um determinado ângulo, as gotas começarão a rolar - este é um exemplo de superfície hidrofóbica.

As folhas de lótus são uma superfície super-hidrofóbica natural, não se molha na água, mas as gotas rolam, levando consigo poeira e partículas de sujeira, limpando as plantas. As folhas de lótus são uma superfície super-hidrofóbica natural, não se molha na água, mas as gotas rolam, levando consigo poeira e partículas de sujeira, limpando as plantas.

E também existe uma propriedade como superhidrofobicidade. Em tais superfícies, as gotas de água não podem se fixar e começam a rolar em ângulos de inclinação muito pequenos. Por exemplo, as gotas de orvalho na grama têm uma forma esférica, a superfície parece repelir a água, evitando que ela se molhe. As folhas de lótus são o exemplo mais bonito da superfície super-hidrofóbica da natureza. O segredo está na microestrutura das folhas, elas não apenas repelem a água, mas também contribuem para a autopurificação da planta. Gotas de água, rolando da superfície da folha, carregam partículas de poeira e sujeira, deixando a flor perfeitamente limpa. By the way, as asas de borboletas e outros insetos têm a mesma propriedade, caso contrário, eles simplesmente não seriam capazes de voar sob o peso da poeira aderente.

O homem aprendeu a fazer superfícies hidrofóbicas artificiais que de forma alguma são molhadas pela água. Mas dois físicos da Universidade de Rochester, Anatoly Vorobyov e Chan-Li Guo, foram mais longe e conseguiram criar um material a partir do qual gotas de água saltam como uma bola de tênis de uma parede. Seria mais correto dizer que eles criaram um método pelo qual uma propriedade tão única pode ser dada a diferentes materiais. Como eles fizeram isso?

Para tratar a superfície, os pesquisadores precisavam de um poderoso laser de safira que gerasse pulsos curtos de femtossegundos. Após focalizar o feixe de laser na superfície metálica, sulcos paralelos de cerca de 100 µm de largura e 75 µm de profundidade foram aplicados em sua superfície. Este tamanho é comparável à espessura de um cabelo humano. Na superfície nervurada resultante, que lembra um pouco um canteiro com batatas amontoadas, formaram-se nanoestruturas ainda menores, que tornaram os sulcos e sulcos "ásperos". Os experimentadores levaram cerca de uma hora para processar uma placa de metal medindo 2,5 x 2,5 cm com um laser.

O resultado é um material incrível. Para seus experimentos, os físicos pegaram três placas de metal feitas de platina, titânio e latão. Após o processamento, a superfície de metal brilhante ficou completamente preta - parou de refletir a luz. Mas a descoberta mais impressionante foi feita quando a água foi jogada em uma placa modificada por laser - a gota caindo simplesmente ricocheteou nela. A superfície acabou sendo tão repelente à água que uma gota que caiu sobre ela foi capaz de economizar até um terço de sua energia cinética e se recuperar. Naturalmente, a própria placa de metal permaneceu absolutamente seca. Para testar as propriedades de autolimpeza do material criado, os pesquisadores aplicaram uma camada de poeira retirada de um aspirador de pó convencional sobre ele. Depois disso, a água comum começou a pingar na superfície - cada gota "colava" fragmentos de poeira em si mesma, levando-os consigo. E o próprio material permaneceu em sua pureza original, não pior que uma bela flor de lótus.

As gotas pulando em um avião são, claro, bonitas e interessantes, mas como esse material pode ser útil? A flor de lótus acabou sendo não apenas um símbolo de pureza, mas também ajudou as pessoas da ciência a descobrir como tornar nosso mundo um pouco melhor. Em primeiro lugar, as superfícies autolimpantes ajudarão a economizar água. Isso é muito importante onde cada litro de água conta. Além disso, esses materiais podem ter propriedades anticongelantes - a formação de gelo nos controles da aeronave está repleta de consequências muito tristes. Superfícies superhidrofóbicas serão mais resistentes ao mofo e outros microrganismos. A propriedade de que a superfície do metal fique absolutamente preta pode ser útil para a absorção eficiente da energia solar.