(PhysOrg.com) -- In natura, le superfici strutturate forniscono ad alcune piante la capacità di intrappolare insetti e polline, alcuni insetti la capacità di camminare sull'acqua, e il geco la capacità di arrampicarsi sui muri. Essere in grado di imitare queste caratteristiche su una scala più ampia stimolerebbe nuovi progressi nel campo delle energie rinnovabili e della medicina. In un articolo pubblicato nel numero del 10 ottobre di Materiali della natura , un team di ricercatori della Penn State, il Laboratorio di Ricerca Navale, e la relazione della Harvard Medical School sullo sviluppo di un film sottile ingegnerizzato che imita le capacità naturali degli insetti acquatici di camminare sulla superficie dell'acqua, e perché le farfalle spargano acqua dalle loro ali.

Sebbene le superfici autopulenti superidrofobiche siano un'area attiva di ricerca, questo sviluppo segna una svolta ingegneristica nella capacità di controllare la direzionalità del trasporto di liquidi. Utilizzando una serie di nanobarre di poli(p-xililene) sintetizzate mediante una tecnica in fase vapore dal basso verso l'alto, i ricercatori sono stati in grado di fissare le gocce d'acqua in una direzione con enormi forze adesive proporzionali al numero di nanobarre e alla tensione superficiale, rilasciando goccioline nella direzione opposta.

Il differenziale tra il perno e la forza di rilascio è di 80 micronewton, oltre dieci volte i valori riportati in altre superfici ingegnerizzate con caratteristiche a cricchetto, e la prima superficie del genere ad essere progettata su scala nanometrica. Recentemente, gli autori hanno anche dimostrato l'adesione direzionale e l'attrito di queste superfici, simile al modo in cui un geco può arrampicarsi su un muro ( J. Fisica Applicata , 2010). I piedi di Gecko contengono circa 4 milioni di peli per millimetro quadrato, mentre le nanobarre polimeriche possono essere depositate a 40 milioni di barre per millimetro quadrato.

Il nanofilm prodotto da questa tecnica, chiamato deposizione ad angolo obliquo, fornisce una superficie liscia in microscala per il trasporto di piccole gocce d'acqua senza pompe o onde ottiche e con deformazione minima per dispositivi microfluidici autoalimentati per medicina e per microassemblaggi.

Nel lavoro sponsorizzato dalla Marina degli Stati Uniti, il nanofilm è previsto per l'uso come rivestimento che ridurrebbe la resistenza allo scafo delle navi e ritarderebbe la formazione di incrostazioni. I potenziali usi industriali ed energetici sono come siringhe direzionali e diodi fluidi, dispositivi fluidici digitali senza pompa, maggiore efficienza del raffreddamento termico per i microchip, rivestimenti per pneumatici, e anche nella produzione di energia dalle gocce di pioggia.

Il vantaggio della squadra di Penn State, Melik Demirel, professore associato di ingegneria e meccanica e autore corrispondente della relazione, ritiene che l'attuale tecnica di fase vapore basata su laboratorio, che sebbene relativamente semplice richiede ancora un vuoto, può essere sostituito da una tecnica in fase liquida, che consentirebbe di ridimensionare la produzione del loro materiale alle dimensioni dell'industria. “L'impatto principale del nostro metodo è che per la prima volta possiamo creare una superficie direzionale controllata su scala nanometrica, ” conclude Demirel.