Una nueva técnica sin disolventes podría simplificar la fabricación de materiales superhidrofóbicos y anticongelantes. La técnica, que se puede emplear para hacer que casi cualquier superficie sea extremadamente repelente al agua, tiene numerosas aplicaciones potenciales, que incluyen, entre otras, alas de aviones, dispositivos biomédicos, sistemas de reducción de arrastre, electrodos de batería y superficies de catalizadores.
Los materiales superhidrofóbicos se definen como aquellos que repelen las gotas de agua con un ángulo de contacto (el ángulo en el que la superficie del agua se encuentra con la superficie del material) de más de 150°. Estos materiales también tienen una energía superficial baja, así como una superficie rugosa en la escala de micras.
Sin embargo, las técnicas actuales para fabricar dichos materiales son complejas y, a menudo, implican el uso de productos químicos agresivos. Un equipo de investigadores dirigido por gira de james y Fred Higgs III de la Universidad de Rice en los EE. UU. ha desarrollado ahora un método de lijado sin solventes de un solo paso que puede crear superficies superhidrofóbicas con un ángulo de contacto de casi 164°.
Los investigadores utilizaron papel de lija comercial para introducir aditivos en polvo seleccionados, como grafeno, disulfuro de molibdeno, teflón y nitruro de boro, en las superficies de materiales como teflón, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo y polidimetilsiloxano. La lija estaba hecha de óxido de aluminio con granos de entre 180 y 2000.
Formación de tribopelículas
“Durante el proceso de lijado, la introducción de polvo entre las superficies de fricción facilita la formación de un tribofilm”, explica Tour. “Se forma una tribopelícula en una reacción química en las superficies que se deslizan entre sí y funcionaliza la superficie para repeler el agua aún más”.
“El lijado también induce cambios estructurales y transferencia de masa y electrones para reducir la energía superficial de los sustratos”, agrega Higgs.
Una amplia gama de superficies se pueden hacer superhidrofóbicas en minutos, dice Tour Mundo de la física. Esto destaca la amplia gama de aplicaciones potenciales de las superficies lijadas.
“Los fabricantes de aviones no quieren que se forme hielo en sus alas, los capitanes de los barcos no quieren que el arrastre de los microbios oceánicos adjuntos los frene y los dispositivos biomédicos deben evitar la bioincrustación, donde las bacterias se acumulan en las superficies húmedas”, dice Higgs. "Las superficies superhidrofóbicas robustas y duraderas producidas a partir de este método de lijado de un solo paso pueden aliviar muchos de estos problemas".
Las superficies superhidrofóbicas se endurecen
Higgs señala que otras técnicas utilizadas para generar superficies hidrofóbicas no pueden ampliarse a grandes áreas de superficie, como las de aviones y barcos. “Las técnicas de aplicación simples como la desarrollada aquí deberían ser escalables”, dice.
Superhidrofobicidad robusta
Los materiales superhidrofóbicos son extremadamente robustos. De hecho, permanecieron repelentes al agua incluso después de 100 pruebas de pelado con cinta adhesiva y después de estar expuestos a 130 °C en el aire durante 24 horas. Dejarlos al sol de Texas durante 18 meses tampoco afectó sus propiedades. Y cuando los materiales comienzan a fallar, se pueden renovar fácilmente simplemente lijándolos nuevamente con los mismos aditivos en polvo.
Los investigadores de Rice ahora buscan aplicar su técnica de lijado a otro tipo de sustrato por completo: las superficies metálicas utilizadas para fabricar baterías recargables. De hecho, recientemente informaron sobre pruebas en láminas de litio y sodio. “El papel del tribofilm aquí era regular el flujo de iones entrantes en el electrolito de la batería para mejorar el comportamiento de deposición/desprendimiento del metal durante el ciclo de la batería”, explica Tour.
Los investigadores describen su trabajo en Materiales aplicados ACS.
