Criado um material com repelência à água quase perfeita

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/12/2024

Esquerda: Substrato poroso com um pequeno ângulo de contato com a água: A superfície absorve muito líquido. Direita: O novo material apresenta um grande ângulo de contato com a água e, portanto, é quase completamente hidrofóbico.
[Imagem: KIT]

Super-hidrofobicidade

Cientistas alemães sintetizaram o material com a maior repelência à água que se conhece.

E materiais hidrofóbicos são úteis em uma infinidade de aplicações, de embalagens que nunca se molham e vasos sanitários autolimpantes a navios rápidos e econômicos, que nunca realmente tocam na água.

A inovação envolve os MOFs, sigla em inglês para estruturas metal-orgânicas, materiais semelhantes a cerâmicas compostos de metais e ligantes orgânicos, mas com a característica principal de ter uma porosidade imbatível, formando uma rede com poros minúsculos que lembram uma esponja - "desdobrar" dois gramas desse material renderia a área de um campo de futebol.

Isso dá aos MOFs propriedades volumétricas que os tornam um material interessante em aplicações como armazenamento de gás, separação de dióxido de carbono ou novas tecnologias médicas.

Evgenia Bogdanova e colegas do Instituto Karlsruher de Tecnologia, enxertaram cadeias de hidrocarbonetos em filmes finos de MOF com um objetivo inédito: Dar-lhes um ângulo de contato com a água de mais de 160 graus - quanto maior o ângulo formado pela superfície de uma gota de água com o substrato, melhores serão as propriedades hidrofóbicas desse substrato.

"Com nosso método, conseguimos obter superfícies super-hidrofóbicas com ângulos de contato significativamente maiores do que aqueles de outras superfícies e revestimentos lisos," disse o professor Christof Woll. "Embora as propriedades de umedecimento das partículas de pó MOF tenham sido exploradas antes, o uso de filmes finos monolíticos MOF para essa finalidade é um conceito inovador."

Detalhes experimentais mostrando a hidrofobicidade do novo material.
[Imagem: Evgenia Bogdanova et al. - 10.1039/D4MH00899E]

Materiais superhidrofóbicos de próxima geração

A equipe atribui esses resultados de hidrofobicidade ao arranjo tipo escova (escovas de polímero) das cadeias de hidrocarbonetos nos MOFs. Após serem enxertados nos materiais MOF, elas tendem a formar "bobinas", um estado de desordem que os cientistas chamam de "estado de alta entropia", que é essencial para suas propriedades hidrofóbicas - esse estado das cadeias de hidrocarbonetos enxertadas não poderia ser observado em outros materiais.

Curiosamente, o ângulo de contato com a água não aumentou quando a equipe usou cadeias de hidrocarbonetos perfluorados para enxerto, ou seja, substituindo átomos de hidrogênio por flúor. Em materiais como o Teflon, a perfluoração traz propriedades super-hidrofóbicas; contudo, no material desenvolvido pela equipe, essa substituição diminuiu significativamente o ângulo de contato com a água, agindo ao contrário do esperado.

Mas a equipe teve sucesso noutras abordagens, por exemplo variando a rugosidade da superfície de seus materiais na faixa nanométrica, o que reduziu ainda mais a força de adesão da água. Mesmo com ângulos de inclinação extremamente pequenos, as gotas de água rolam, e suas propriedades hidrofóbicas e autolimpantes foram significativamente melhoradas.

"Nosso trabalho também inclui uma análise teórica detalhada, que vincula o comportamento inesperado mostrado nos experimentos ao estado de alta entropia das moléculas enxertadas nos filmes MOF," disse o professor Uttam Manna. "Este estudo mudará o projeto e a produção de materiais de próxima geração com propriedades hidrofóbicas ideais."

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