Criada a superfície mais repelente à água que se conhece

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/10/2023

Representação artística da camada tipo líquida de moléculas que repelem as gotículas de água.
[Imagem: Ekaterina Osmekhina/Aalto University]

Superfície sem atrito

Pesquisadores desenvolveram um novo mecanismo para fazer gotas de água escorregarem das superfícies, uma característica muito comum nas plantas e em alguns animais - conhecido como efeito de lótus - mas que é muito difícil de reproduzir de modo robusto em materiais artificiais.

Além de questionar as teorias atuais sobre o atrito entre superfícies sólidas e abrir novas possibilidades para estudar o escorregamento da água em nível molecular, a nova técnica tem aplicações em diversos campos, incluindo encanamentos e dutos, óptica, biochips e indústrias automotiva e marítima.

Ao nosso redor, a água está sempre interagindo com superfícies sólidas: Na cozinha, nos transportes, nos canos e em centenas de outros casos as tecnologias são afetadas pelo modo como a água adere às superfícies ou desliza delas. Assim, compreender a dinâmica molecular dessas gotículas microscópicas pode ajudar na busca de melhorias para muitas tecnologias domésticas e industriais.

"O nosso trabalho [representa] a primeira vez que alguém foi diretamente ao nível nanométrico para criar superfícies molecularmente heterogêneas," disse Sakari Lepikko, da Universidade Aalto, na Finlândia.

O novo método mostrou-se excepcionalmente eficaz, gerando a superfície mais escorregadia do mundo.

Estas são as MAMs (monocamadas automontadas), ou SAMs na sigla em inglês (self-assembled monolayers).
[Imagem: Sakari Lepikko et al. - 10.1038/s41557-023-01346-3]

Monocamadas automontadas

Superfícies do tipo líquido são um novo tipo de superfície repelente de gotículas que oferece muitos benefícios técnicos em relação às abordagens tradicionais. Não são líquidos no sentido pleno, apresentando camadas moleculares superficiais que são altamente móveis, mas ligadas covalentemente ao substrato, dando às superfícies sólidas uma qualidade semelhante a um líquido. É esse comportamento que atua como uma camada de lubrificante entre as gotas de água e a própria superfície.

A grande inovação obtida por Lepikko consistiu em projetar um reator especial para criar uma camada de moléculas semelhante a um líquido, chamadas monocamadas automontadas (MAMs), no topo de uma superfície de silício. Ajustando cuidadosamente condições como a temperatura e o conteúdo de água dentro do reator, o pesquisador conseguiu ajustar quanto da superfície de silício a monocamada cobre.

"Os resultados mostraram maior nível de deslizamento quando a cobertura da MAM era baixa ou alta, que são também as situações em que a superfície é mais homogênea. Em baixa cobertura, a superfície de silício é o componente mais prevalente e, em alta, as MAMs são os mais prevalentes," disse o professor Robin Ras.

Com baixa cobertura, a água forma uma película sobre a superfície, o que se acreditava aumentar a quantidade de atrito. "Nós descobrimos que, em vez disso, a água flui livremente entre as moléculas da MAM com baixa cobertura, deslizando para fora da superfície. E, quando a cobertura da MAM é alta, a água permanece no topo da MAM e desliza com a mesma facilidade. É apenas entre esses dois estados que a água adere às MAMs e adere à superfície," detalhou Lepikko.

A descoberta promete ter implicações onde quer que sejam necessárias superfícies repelentes de gotículas, como superfícies antiembaçantes, autolimpantes e que evitam a formação de gelo.

Mais tópicos