Su superfici idrorepellenti, le gocce di liquido rimbalzano via invece di rimanere bloccate. Queste superfici sono importanti in molti campi, come indumenti idrorepellenti e stoviglie antivegetativo. Utilizzati come rivestimenti antiattrito per veicoli nautici, queste superfici possono anche aiutare ad accelerare le navi da carico e le attrezzature militari in modo da risparmiare energia. Il sogno della ricerca e sviluppo sui liquidi repellenti è una struttura che abbia una robusta repellenza ai liquidi, forte stabilità meccanica, ed è poco costoso da produrre su scala commerciale. Però, gli esiti funzionali delle superfici idrorepellenti esistenti non sono stati soddisfacenti, a causa delle inadeguatezze della progettazione strutturale convenzionale e degli approcci di fabbricazione nelle microstrutture ingegneristiche e nelle proprietà di tali superfici.

La sfida è stata recentemente superata da una ricerca innovativa guidata dal professor Wang Liqiu presso il Dipartimento di ingegneria meccanica, Facoltà di Ingegneria, l'Università di Hong Kong (HKU) attraverso lo sviluppo di una robusta struttura idrorepellente e la fabbricazione di superfici porose mediante un'innovativa tecnica basata su goccioline microfluidica. Materiali come tessuti, metalli, e gli occhiali ricoperti da uno strato di questa robusta superficie porosa possono quindi diventare idrorepellenti. Il documento è stato recentemente pubblicato su una rivista accademica Comunicazioni sulla natura (Zhu P.A., Kong T.T., Tang X. e Wang L. Q. 2017. Membrane porose ben definite per superfici onnifobe robuste tramite modelli di emulsioni microfluidica, Comunicazioni sulla natura 8, 15823). Con la nuova tecnologia sviluppata dal team, i vestiti non si bagnerebbero mai nei giorni di pioggia in futuro.

Il team risolve efficacemente il conflitto tra la repellenza ai liquidi e la stabilità meccanica grazie al design ispirato alle cuticole dei collemboli delle strutture idrorepellenti. I collemboli sono artropodi che vivono nel suolo i cui habitat sono spesso soggetti a piogge e inondazioni. Come conseguenza, i collemboli evolvono le loro cuticole con una forte durata meccanica e una robusta repellenza ai liquidi per resistere all'attrito delle particelle del suolo e sopravvivere in ambienti acquosi, rispettivamente. Ispirato alle cuticole del collembolo, il team di ricerca ha progettato superfici porose composte da microcavità interconnesse a nido d'ape con un profilo rientrante:l'interconnettività garantisce stabilità meccanica e la struttura rientrante produce una robusta repellenza ai liquidi.

La robusta struttura idrorepellente mostra un miglioramento di 21 volte nella stabilità meccanica

Le robuste superfici idrorepellenti respingono almeno 10 tipi di liquidi, compresa l'acqua, soluzioni tensioattive, oli, e solventi organici e mostrano un sorprendente miglioramento di oltre 21 volte nella stabilità meccanica rispetto alle strutture discrete. Le superfici porose sono in grado di recuperare anche il loro stato di non bagnabilità anche se le microcavità sono parzialmente bagnate dall'acqua. Le superfici flessibili possono anche essere facilmente rivestite su vari oggetti per la repellenza ai liquidi.

Il materiale di superficie poroso costa solo circa HKD1 per metro quadrato

Il team di ricerca ha anche sviluppato una tecnica innovativa basata su goccioline microfluidica per la fabbricazione di superfici porose che è molto simile ai biscotti sagomati realizzati con stampi da forno. Qui gli stampi sono goccioline uniformi di dimensioni micron prodotte dalla tecnologia microfluidica con un controllo preciso sulla loro dimensione, struttura, e composizione. Modellato da goccioline microfluidiche, le microstrutture uniformi su scala commerciale sono prodotte a basso costo. Il costo del materiale è compreso tra 0,7 e 1,3 HKD per metro quadrato, solo un millesimo nell'acquisto di prodotti commercializzati come il film idrorepellente in PTFE. Questa tecnica ha un'elevata precisione ed efficacia nell'ingegneria delle strutture superficiali, assicurato dalla precisione e controllabilità della generazione di goccioline microfluidica che è a basso costo e anche facilmente scalabile.

La svolta cambierà il modo in cui le superfici idrorepellenti sono fabbricate per una robusta idrorepellenza, forte stabilità meccanica, e produzione economica su scala commerciale. Ha anche aperto la strada a ulteriori progressi nella creazione di strutture superficiali in base alla progettazione, e nell'adattare la loro morfologia, repellenza e stabilità meccanica per adattarsi all'applicazione desiderata in vari campi, compresa l'energia, edifici, automobili, Ingegneria Chimica, elettronica, ambienti, industria biomedica, produzione avanzata, veicolo d'acqua e attrezzature militari.