Una nuova tecnica priva di solventi potrebbe semplificare la produzione di materiali superidrofobici e antighiaccio. La tecnica, che può essere impiegata per rendere quasi tutte le superfici estremamente idrorepellenti, ha numerose potenziali applicazioni, tra cui – ma non limitate a – ali di aeroplani, dispositivi biomedici, sistemi di riduzione della resistenza aerodinamica, elettrodi di batterie e superfici di catalizzatori.
I materiali superidrofobici sono definiti come quelli che respingono le gocce d'acqua con un angolo di contatto (l'angolo con il quale la superficie dell'acqua incontra la superficie del materiale) superiore a 150°. Questi materiali hanno anche una bassa energia superficiale e una superficie ruvida su scala micrometrica.
Le attuali tecniche per produrre tali materiali, tuttavia, sono complesse e spesso comportano l’uso di sostanze chimiche aggressive. Un team di ricercatori guidato da James tour ed C Fred Higgs III della Rice University negli Stati Uniti ha ora sviluppato un metodo di levigatura in un unico passaggio, privo di solventi, in grado di creare superfici superidrofobiche con un angolo di contatto di quasi 164°.
I ricercatori hanno utilizzato carta vetrata commerciale per introdurre additivi in polvere selezionati, come grafene, bisolfuro di molibdeno, teflon e nitruro di boro, nelle superfici di materiali tra cui teflon, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile e polidimetilsilossano. La carta vetrata era realizzata in ossido di alluminio con grana compresa tra 180 e 2000.
Formazione del tribofilm
“Durante il processo di carteggiatura, l’introduzione della polvere tra le superfici di sfregamento facilita la formazione di un tribofilm”, spiega Tour. "Un tribofilm si forma in una reazione chimica sulle superfici che scivolano l'una contro l'altra e funzionalizza la superficie per respingere ancora di più l'acqua."
“La levigatura induce anche cambiamenti strutturali e trasferimento di massa ed elettroni per abbassare l’energia superficiale dei substrati”, aggiunge Higgs.
Una vasta gamma di superfici può essere resa superidrofobica in pochi minuti, spiega Tour Mondo della fisica. Ciò evidenzia l’ampia gamma di potenziali applicazioni delle superfici levigate.
“I produttori di aeroplani non vogliono che si formi ghiaccio sulle loro ali, i capitani delle navi non vogliono che la resistenza dei microbi oceanici attaccati li rallenti e i dispositivi biomedici devono evitare il biofouling, dove i batteri si accumulano sulle superfici bagnate”, afferma Higgs. “Le superfici superidrofobiche robuste e di lunga durata prodotte con questo metodo di sabbiatura in un’unica fase possono alleviare molti di questi problemi”.
Le superfici superidrofobiche si induriscono
Higgs osserva che altre tecniche utilizzate per generare superfici idrofobiche non possono estendersi a grandi superfici, come quelle su aerei e navi. “Le tecniche applicative semplici come quella sviluppata qui dovrebbero essere scalabili”, afferma.
Robusta superidrofobicità
I materiali superidrofobici sono estremamente robusti. Infatti, sono rimasti idrorepellenti anche dopo 100 test di distacco del nastro adesivo e dopo essere stati esposti a 130°C in aria per 24 ore. Anche lasciarli fuori sotto il caldo sole texano per 18 mesi non ha influito sulle loro proprietà. E quando i materiali iniziano a deteriorarsi, possono essere facilmente ripristinati semplicemente carteggiandoli nuovamente con gli stessi additivi in polvere.
I ricercatori della Rice stanno ora cercando di applicare la loro tecnica di sabbiatura a un altro tipo di substrato: le superfici metalliche utilizzate per realizzare batterie ricaricabili. Infatti, recentemente hanno riportato test su fogli di litio e sodio. “Il ruolo del tribofilm qui era quello di regolare il flusso di ioni in entrata nell’elettrolito della batteria per migliorare il comportamento di deposizione/rimozione del metallo durante il ciclo della batteria”, spiega Tour.
I ricercatori descrivono il loro lavoro in Materiali applicati ACS.
