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Os pesquisadores desenvolveram um novo mecanismo para fazer com que as gotas de água escorreguem das superfícies, descrito em um artigo publicado em Química da Natureza. A descoberta desafia as ideias existentes sobre o atrito entre superfícies sólidas e a água e abre um novo caminho para o estudo do escorregamento das gotículas em nível molecular. A nova técnica tem aplicações em diversos campos, incluindo encanamento, óptica e indústrias automotiva e marítima.
Ao nosso redor, a água está sempre interagindo com superfícies sólidas. Cozinha, transporte, ótica e centenas de outras tecnologias são afetadas pela forma como a água adere às superfícies ou desliza delas. Compreender a dinâmica molecular destas gotículas microscópicas ajuda cientistas e engenheiros a encontrar formas de melhorar muitas tecnologias domésticas e industriais.
Superfícies semelhantes a líquidos são um novo tipo de superfície repelente de gotículas que oferece muitos benefícios técnicos em relação às abordagens tradicionais – um tópico recentemente revisado em Química de Avaliações da Natureza pelo professor da Universidade Aalto, Robin Ras. Eles têm camadas moleculares que são altamente móveis, mas ligadas covalentemente ao substrato, dando às superfícies sólidas uma qualidade semelhante a um líquido que atua como uma camada de lubrificante entre as gotas de água e a própria superfície. Uma equipe de pesquisa liderada por Ras usou um reator especialmente projetado para criar uma camada de moléculas semelhante a um líquido, chamada monocamadas automontadas (SAMs), no topo de uma superfície de silício.
Observando o crescimento de monocamadas automontadas
“Nosso trabalho é a primeira vez que alguém vai diretamente ao nível nanométrico para criar superfícies molecularmente heterogêneas”, diz o pesquisador doutorando Sakari Lepikko, principal autor do estudo.
Ajustando cuidadosamente as condições como temperatura e conteúdo de água dentro do reator, a equipe conseguiu ajustar quanto da superfície de silício a monocamada cobria.
“Acho muito interessante que, ao integrar o reator com um elipsômetro, possamos observar as monocamadas automontadas crescerem com um nível extraordinário de detalhe”, diz Ras.
‘Os resultados mostraram mais escorregadio quando a cobertura do SAM 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, os SAMs são os mais prevalentes.
“Era contraintuitivo que mesmo uma cobertura baixa produzisse uma escorregadia excepcional”, continua Lepikko.
Com baixa cobertura, a água forma uma película sobre a superfície, o que se pensava aumentar a quantidade de atrito. “Descobrimos que, em vez disso, a água flui livremente entre as moléculas do SAM com baixa cobertura de SAM, deslizando para fora da superfície. E quando a cobertura do SAM é alta, a água permanece no topo do SAM e desliza com a mesma facilidade. É apenas entre esses dois estados que a água adere aos SAMs e adere à superfície.”
O novo método provou ser excepcionalmente eficaz, pois a equipe criou a superfície líquida mais escorregadia do mundo.
Antiembaçante, descongelante e autolimpante
A descoberta promete ter implicações onde quer que sejam necessárias superfícies repelentes de gotículas. Segundo Lepikko, isso abrange centenas de exemplos, desde a vida cotidiana até soluções industriais.
“Coisas como transferência de calor em tubulações, degelo e antiembaçamento são usos potenciais. Também ajudará na microfluídica, onde pequenas gotas precisam ser movidas suavemente, e na criação de superfícies autolimpantes. Nosso mecanismo contra-intuitivo é uma nova maneira de aumentar a mobilidade das gotículas em qualquer lugar que for necessário”, diz Lepikko.
Em seguida, a equipe planeja continuar experimentando sua configuração de monocamada de automontagem e melhorar a própria camada. Lepikko está particularmente entusiasmado com as informações que este trabalho forneceu para futuras inovações.
“O principal problema do revestimento SAM é que ele é muito fino e, portanto, se dispersa facilmente após o contato físico. Mas estudá-los dá-nos conhecimentos científicos fundamentais que podemos usar para criar aplicações práticas duradouras.’
A pesquisa utilizou a infraestrutura nacional de pesquisa OtaNano e foi realizada pelo grupo Soft Matter and Wetting do Departamento de Física Aplicada, que também produziu outros materiais hidrorrepelentes pioneiros.
Pesquisadores da Universidade de Jyväskylä também contribuíram para este estudo.
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