Nova pesquisa desafia a sabedoria convencional sobre adesão de superfícies úmidas

Cientistas da Universidade de Akron e da Universidade de Pittsburgh derrubaram antigas suposições em uma nova pesquisa que descobriu que a água pode ajudar na adesão.

O Dr. Ali Dhinojwala, distinto titular da Cátedra W. Gerald Austen e Professor HA Morton na Escola de Ciência e Engenharia de Polímeros da Universidade de Akron, liderou uma equipe cuja descoberta significativa — que a água pode aumentar inesperadamente a adesão sob condições controladas — foi publicada em 7 de agosto em Avanços da Ciência.

As implicações desta pesquisa são profundas, particularmente em aplicações biomédicas, como bandagens, sensores de monitoramento de saúde para pele úmida e adesivos avançados que podem substituir suturas. Os insights obtidos ao alavancar a rugosidade da superfície e as propriedades do material podem revolucionar indústrias que valem bilhões de dólares globalmente.

Dirigir em estradas molhadas ou aplicar fitas adesivas na pele úmida são desafios diários exacerbados pela dificuldade de obter forte adesão em superfícies molhadas e ásperas. Tradicionalmente, a presença de água tem sido vista como um obstáculo, interrompendo as ligações moleculares necessárias para uma adesão eficaz. A água tende a aderir às superfícies e ficar presa na aspereza da superfície, complicando ainda mais o processo de adesão.

Em um avanço significativo, a equipe do Dr. Dhinojwala — incluindo o Dr. Tevis Jacobs da Universidade de Pittsburgh, o Dr. Lars Pastewka da Universidade de Freiburg e a Dra. Anirudha Sumant do Laboratório Nacional de Argonne — fez sua descoberta em um estudo que envolveu a medição da adesão de um elastômero macio a superfícies ásperas projetadas com precisão, revelando uma interação complexa entre água, rugosidade da superfície e dinâmica de adesão.

O Dr. Dhinojwala e o aluno de pós-graduação Nityanshu Kumar realizaram os inovadores experimentos subaquáticos e desenvolveram modelos para explicar os resultados. As superfícies ásperas foram preparadas quimicamente no Argonne National Lab e caracterizadas até a escala atômica na University of Pittsburgh. Simulações da interface de separação foram conduzidas na University of Freiburg. A investigação só foi possível por meio da expertise complementar dessa equipe colaborativa.

Ao contrário das expectativas, a presença de água durante a formação do contato inicialmente interrompe a adesão ao impedir o contato molecular em quase metade da área da superfície devido às moléculas de água presas. Além disso, a energia necessária para deformar o elastômero e se conformar à rugosidade da superfície é significativamente aumentada na presença de água, reduzindo ainda mais a adesão inicial.

Surpreendentemente, a presença de água, que interrompe a adesão durante a formação do contato, aumentou a adesão em quase quatro vezes durante o desprendimento. Com a ajuda de modelos analíticos e espectroscopia sensível à superfície, esses resultados mostraram que a água fica presa em bolsas de tamanho nanométrico. “É difícil fazer contato debaixo d’água porque é necessária energia extra para espremer a água e você não consegue removê-la completamente”, disse o Dr. Jacobs, “mas ficamos muito surpresos ao ver que a mesma água presa que dificulta empurrar duas superfícies juntas também torna significativamente mais difícil separar as mesmas superfícies.”

“Essas descobertas desafiam a visão tradicional de que a água impede universalmente a adesão”, disse o Dr. Dhinojwala. “Ao entender como a água interage com a topografia da superfície, podemos potencialmente aproveitar a aspereza para aumentar a adesão, assim como as lagartixas usam as almofadas dos dedos para escalar superfícies molhadas.”

A equipe do Dr. Dhinojwala pretende se concentrar em refinar ainda mais essas descobertas para desenvolver aplicações práticas que capitalizem os benefícios surpreendentes da água na ciência da adesão.