Adhesivos secos súper repelentes a los líquidos
Los científicos son más inteligentes que la naturaleza
Un diseño específico de la forma de la punta de la fibrila es la clave para lograr adhesivos de fibrila secos y elásticos con una repelencia súper líquida. Este nuevo material bioinspirado abre muchas posibilidades de uso, ya que evita que cualquier forma de gota o capa líquida dificulte o degrade su adhesión.
MPI für Intelligente Systeme
Figura 1. Adhesivos secos superrepelentes líquidos bioinspirados. a) Microfotografía SEM de una sola fibrila blanda que muestra la doble punta de reentrada que permite una extrema repelencia a los líquidos. b) Microfotografía SEM de un conjunto de fibrilas blandas, que funciona como un adhesivo seco muy eficaz. c) El principio de superrepelencia líquida utilizando puntas de fibrila de doble reentrada: la tensión superficial (Y) tiene un componente vertical que soporta los líquidos en el conjunto de fibrilas. d) Los ángulos de contacto de varios líquidos en la red de fibrillas que avanzan (azul) y retroceden (rojo), lo que demuestra que incluso los líquidos con una tensión superficial extremadamente baja, como el perfluorohexano (C6F14, Y = 11,91 mN/m), pueden suspenderse en la red. e) Una gota de metanol (Y = 22,70 mN/m) suspendida en la red de fibrillas curvadas, que es plegable y estirable debido a su suavidad.
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Figura 2: Fabricación de conjuntos de fibrilas de doble reentrada de tipo hongo elastomérico suave. Esquema del proceso de fabricación. Un molde maestro rígido se imprime en 3D utilizando una litografía de dos fotones, y luego se replica utilizando PDMS blando (relación monómero 20:1 a entrecruzamiento) para la réplica negativa y PDMS estándar (relación monómero 10:1 a entrecruzamiento) para la réplica final.
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Stuttgart - Los científicos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) de Stuttgart han desarrollado un material adhesivo seco reversible de inspiración biológica que es capaz de repeler todos los líquidos, independientemente de su tensión superficial. Aunque los adhesivos secos han sido estudiados y aplicados activamente durante dos décadas, nunca antes se había logrado un adhesivo seco súper repelente de líquidos.
"Nuestro material repele eficazmente no sólo el agua, sino cualquier líquido. Los aceites, por ejemplo, que humedecen fácilmente las superficies debido a su baja tensión superficial, normalmente se extenderían sobre y entre las fibrillas - los finos pelos - causando que se agrupen y pierdan adhesión. Pero debido a la estructura específica de la punta que hemos creado, nuestras fibrillas pueden rechazar todos los líquidos, incluidos los aceites", explica Ville Liimatainen, destacando la característica clave del adhesivo. Liimatainen es un investigador postdoctoral del Departamento de Inteligencia Física del MPI-IS y autor principal de la publicación "Liquid-Superrepellent Bioinspired Fibrillar Adhesives", que fue recientemente publicada en Advanced Materials. El autor principal es Metin Sitti, director del MPI-IS y jefe del Departamento de Inteligencia Física. Sitti es pionero en el campo de la investigación de los adhesivos secos inspirados en la salamanquesa. También es el fundador de nanoGriptech Inc., una start-up que comercializó varios adhesivos secos inspirados en la naturaleza.
La mayor parte de la investigación del departamento de Inteligencia Física se inspira en la naturaleza y en los planos que proporciona, y este proyecto no fue una excepción. Ville Liimatainen, Dirk Drotlef, Donghoon Son, y Metin Sitti se inspiraron en las pequeñas fibrillas de las almohadillas de un geco. Cada una está cubierta con cientos de miles de diminutos pomos en forma de hongo, que permiten al animal subir sin esfuerzo a prácticamente cualquier superficie. Las imitaciones sintéticas de estos sistemas adhesivos fibrilares han sido estudiadas durante décadas, con un rendimiento que alcanza y a veces incluso supera al de las salamanquesas. Los adhesivos secos no requieren ningún producto químico o pegamento para que se adhieran a casi cualquier superficie. Además, son reutilizables, suaves, plegables y estirables. Sin embargo, fallan cuando se mojan, al igual que las almohadillas para los pies de las salamanquesas: frente a las condiciones de humedad, la capacidad de las salamanquesas para adherirse a superficies resbaladizas disminuye drásticamente.
Los científicos son más inteligentes que la naturaleza
Al cambiar la forma de las puntas de fibrila, los científicos fueron capaces de ser más inteligentes que la naturaleza y hacer que su adhesivo seco sea superrepelente al agua y a otros líquidos. "Para darles ejemplos: Los adhesivos secos inspirados en la salamanquesa ahora serían capaces de adherirse a cualquier superficie húmeda sin ninguna pérdida de adhesión, y un robot trepador que usara adhesivos secos bioinspirados sería capaz de trepar en superficies con cualquier líquido. Alternativamente, una mano robótica equipada con una capa de tal adhesivo sería capaz de recoger y colocar cualquier objeto cubierto de líquido", añade Sitti.
Como se ve en la figura 1c, las flechas representan los vectores de la tensión superficial. Incluso si un líquido puede extenderse a las esquinas inferiores de las puntas de las fibrillas, la tensión superficial tendrá un componente que apunta hacia arriba, como indican las flechas. Esta fuerza sostiene el líquido, que entonces no puede deslizarse hacia abajo entre las fibrillas. "Todo esto es gracias a la geometría en forma de T que sobresale de la punta de la fibrila, que puede detener incluso los líquidos de tensión superficial ultra baja", explica Liimatainen.
Cada fibrila tiene 40 micrómetros de altura y 10 micrómetros de grosor en el punto más estrecho justo debajo de la tapa, que tiene un diámetro de 28 micrómetros. Esta relación de tamaño, combinada con la forma especial de la punta de la fibrila y el uso de elastómero de silicona blanda estirable y resistente a los arañazos como material de construcción, permite obtener adhesivos secos y duraderos con una fuerte adhesión y una extrema repelencia a los líquidos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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