Uma nova técnica sem solvente poderia simplificar a fabricação de materiais superhidrofóbicos e anticongelantes. A técnica, que pode ser empregada para tornar quase qualquer superfície extremamente repelente à água, tem inúmeras aplicações potenciais, incluindo – mas não se limitando a – asas de aviões, dispositivos biomédicos, sistemas de redução de arrasto, eletrodos de baterias e superfícies de catalisadores.
Materiais superhidrofóbicos são definidos como aqueles que repelem gotículas de água com um ângulo de contato (o ângulo em que a superfície da água encontra a superfície do material) superior a 150°. Esses materiais também possuem baixa energia superficial, bem como uma superfície rugosa na escala de mícron.
As técnicas atuais para fabricar esses materiais, no entanto, são complexas e muitas vezes envolvem o uso de produtos químicos agressivos. Uma equipe de pesquisadores liderada por Tour de James e C Fred Higgs III da Rice University, nos EUA, desenvolveu agora um método de lixamento de uma etapa, sem solventes, que pode criar superfícies superhidrofóbicas com um ângulo de contato de quase 164°.
Os pesquisadores usaram lixa comercial para introduzir aditivos em pó selecionados, como grafeno, dissulfeto de molibdênio, Teflon e nitreto de boro, nas superfícies de materiais como Teflon, polipropileno, poliestireno, cloreto de polivinila e polidimetilsiloxano. A lixa foi feita de óxido de alumínio com grãos entre 180 e 2000.
Formação de tribofilme
“Durante o processo de lixamento, a introdução de pó entre as superfícies de atrito facilita a formação de um tribofilme”, explica Tour. “Um tribofilme se forma em uma reação química em superfícies que deslizam umas contra as outras e funcionaliza a superfície para repelir ainda mais a água.”
“O lixamento também induz mudanças estruturais e transferência de massa e elétrons para diminuir a energia superficial dos substratos”, acrescenta Higgs.
Uma ampla variedade de superfícies pode se tornar superhidrofóbica em minutos, diz Tour Mundo da física. Isto destaca a ampla gama de aplicações potenciais das superfícies lixadas.
“Os fabricantes de aviões não querem a formação de gelo nas suas asas, os capitães de navios não querem que o arrasto dos micróbios oceânicos presos os desacelere e os dispositivos biomédicos precisam de evitar a bioincrustação, onde as bactérias se acumulam em superfícies molhadas”, diz Higgs. “Superfícies superhidrofóbicas robustas e duradouras produzidas a partir deste método de aplicação de areia em uma única etapa podem aliviar muitos desses problemas.”
Superfícies super-hidrofóbicas endurecem
Higgs observa que outras técnicas usadas para gerar superfícies hidrofóbicas não podem atingir grandes áreas de superfície, como as de aviões e navios. “Técnicas de aplicação simples como a desenvolvida aqui devem ser escaláveis”, diz ele.
Superhidrofobicidade robusta
Os materiais superhidrofóbicos são extremamente robustos. Na verdade, eles permaneceram repelentes à água mesmo após 100 testes de remoção de fita adesiva e após serem expostos a 130°C ao ar por 24 horas. Deixá-los expostos ao sol quente do Texas por 18 meses também não afetou suas propriedades. E quando os materiais começam a falhar, eles podem ser facilmente atualizados simplesmente lixando-os novamente com os mesmos aditivos em pó.
Os pesquisadores do Rice estão agora procurando aplicar sua técnica de areia a outro tipo de substrato – as superfícies metálicas usadas para fazer baterias recarregáveis. Na verdade, eles relataram recentemente testes em folhas de lítio e sódio. “O papel do tribofilme aqui era regular o fluxo de íons de entrada no eletrólito da bateria para melhorar o comportamento de deposição/decapagem do metal durante o ciclo da bateria”, explica Tour.
Os pesquisadores descrevem seu trabalho em Materiais Aplicados ACS.
