Los investigadores crean la superficie más hidrófuga de la historia
Un método revisado para crear superficies hidrófobas tiene implicaciones para cualquier tecnología en la que el agua se encuentra con una superficie sólida
Unos investigadores han desarrollado un nuevo mecanismo para que las gotas de agua resbalen de las superficies, descrito en un artículo publicado en Nature Chemistry. El descubrimiento desafía las ideas existentes sobre la fricción entre las superficies sólidas y el agua y abre una nueva vía para estudiar el deslizamiento de las gotas a nivel molecular. La nueva técnica tiene aplicaciones en diversos campos, como la fontanería, la óptica y las industrias automovilística y marítima.
Representación artística de la capa líquida de moléculas que repelen las gotas de agua.
Ekaterina Osmekhina/Aalto University
A nuestro alrededor, el agua siempre está interactuando con superficies sólidas. La forma en que el agua se adhiere a las superficies o se desliza por ellas afecta a la cocina, el transporte, la óptica y cientos de tecnologías más. Entender la dinámica molecular de estas gotitas microscópicas ayuda a científicos e ingenieros a encontrar formas de mejorar muchas tecnologías domésticas e industriales.
Las superficies similares a los líquidos son un nuevo tipo de superficie que repele las gotas y ofrece muchas ventajas técnicas frente a los métodos tradicionales, un tema recientemente analizado en Nature Reviews Chemistry por Robin Ras, profesor de la Universidad de Aalto. Tienen capas moleculares muy móviles pero unidas covalentemente al sustrato, lo que confiere a las superficies sólidas una cualidad líquida que actúa como una capa de lubricante entre las gotas de agua y la propia superficie. Un equipo de investigación dirigido por Ras utilizó un reactor especialmente diseñado para crear una capa líquida de moléculas, llamadas monocapas autoensambladas (SAM), sobre una superficie de silicio.
Cómo crecen las monocapas autoensambladas
Nuestro trabajo es el primero en el que se ha llegado directamente al nivel nanométrico para crear superficies heterogéneas desde el punto de vista molecular", afirma la investigadora doctoral Sakari Lepikko, autora principal del estudio.
Ajustando cuidadosamente condiciones como la temperatura y el contenido de agua dentro del reactor, el equipo pudo ajustar con precisión qué parte de la superficie de silicio cubría la monocapa.
Me parece muy emocionante que, integrando el reactor con un elipsómetro, podamos observar el crecimiento de las monocapas autoensambladas con un nivel de detalle extraordinario", afirma Ras.
'Los resultados mostraron más resbaladicidad cuando la cobertura de SAM era baja o alta, que son también las situaciones en las que la superficie es más homogénea. Con una cobertura baja, la superficie de silicio es el componente más prevalente, y con una cobertura alta, las SAM son las más prevalentes'.
Resultaba contraintuitivo que incluso con una cobertura baja se obtuviera una resbaladicidad excepcional", continúa Lepikko.
Con una cobertura baja, el agua se convierte en una película sobre la superficie, lo que se creía que aumentaba la fricción. En cambio, cuando la cobertura es baja, el agua fluye libremente entre las moléculas de la SAM y se desliza por la superficie. Y cuando la cobertura de SAM es alta, el agua permanece en la parte superior de la SAM y se desliza con la misma facilidad. Sólo entre estos dos estados el agua se adhiere a las SAM y se pega a la superficie".
El nuevo método resultó excepcionalmente eficaz, ya que el equipo creó la superficie líquida más resbaladiza del mundo.
Antivaho, descongelante y autolimpiable
El descubrimiento promete tener implicaciones allí donde se necesiten superficies que repelan las gotas. Según Lepikko, esto abarca cientos de ejemplos, desde la vida cotidiana hasta soluciones industriales.
Cosas como la transferencia de calor en tuberías, la descongelación y el antivaho son usos potenciales. También será útil en microfluidos, donde las gotas diminutas deben desplazarse con suavidad, y en la creación de superficies autolimpiables. Nuestro mecanismo contraintuitivo es una nueva forma de aumentar la movilidad de las gotas allí donde sea necesario", afirma Lepikko.
El equipo tiene previsto seguir experimentando con su monocapa de autoensamblaje y mejorar la propia capa. Lepikko está especialmente entusiasmado con la información que este trabajo ha proporcionado para futuras innovaciones.
El principal problema de una capa SAM es que es muy fina, por lo que se dispersa fácilmente tras el contacto físico. Pero su estudio nos aporta conocimientos científicos fundamentales que podemos utilizar para crear aplicaciones prácticas duraderas".
La investigación, en la que se utilizó la infraestructura nacional de investigación OtaNano, corrió a cargo del grupo de Materia Blanda y Humectación del Departamento de Física Aplicada, que también ha producido otros materiales hidrófugos pioneros.
También contribuyeron a este estudio investigadores de la Universidad de Jyväskylä.
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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