Disegno della superficie scivolosa tipo Salvinia. (a) Salvinia molesta foglia galleggiante su cui la goccia d'acqua mostra uno stato stabile di Cassie. Sebbene il design razionale della microstruttura elastica a forma di frullino per le uova con gradiente di energia superficiale in direzione verticale potrebbe stabilizzare la linea di contatto per prevenire l'impalamento, tale struttura ha una forte adesione a causa delle chiazze idrofile. (b) Una superficie scivolosa ispirata alla pianta di brocca con lubrificante molecolarmente liscio fissato sulla parte superiore della microstruttura che consente una caduta rapida o il trasporto di liquidi. (c) La combinazione costituisce il SSS su cui la goccia d'acqua mostra lo stato di Cassie stabile e scivoloso. Il nero, viola, e le frecce rosse solide rappresentano le direzioni della pressione (P), gravità (g) e la velocità di trasporto della goccia (V), rispettivamente. Credito:©Science China Press
Le superfici superidrofobiche sono ampiamente utilizzate in molti ambienti industriali, che consistono principalmente in sporgenze solide ruvide che intrappolano l'aria per ridurre al minimo l'area liquido/solido. La stabilità dello stato superidrofobo favorisce una distanza relativamente piccola tra le sporgenze. Però, questo a sua volta aumenta la forza di adesione laterale che ritarda la mobilità delle gocce. Così, l'ottimizzazione simultanea sia della stabilità dello stato di Cassie che della minimizzazione della forza di adesione laterale rimane una grande sfida per SHPOS ad alte prestazioni.
In natura, Le foglie di Salvinia mostrano uno stato di Cassie di lunga durata sott'acqua, a causa dei tricomi idrofobi simili a frullino per le uova con perni idrofili sulla parte superiore. Il confine da idrofilo a idrofobo fissa la linea di contatto acqua/aria nella direzione verticale. Però, l'effetto pinning diminuisce anche la mobilità della linea di contatto in direzione orizzontale. In un'altra linea di ricerca, superfici porose scivolose infuse di liquido (SLIPS) ispirate alle piante carnivore di Nepenthes, sono stati dimostrati come substrati promettenti dove è richiesta una bassa forza di adesione laterale per gocce di qualsiasi liquido. Una goccia su una superficie scivolosa infusa di liquido, però, mostra sia l'angolo di contatto che la velocità di distacco più piccoli rispetto allo SHPOS. Così, per ottenere una struttura con sia stabilità dello stato di Cassie che minimizzazione della forza di adesione laterale, dobbiamo combinare SHPOS e SLIPS. Però, l'introduzione di un cuscino d'aria stabile tra le sporgenze con superficie scivolosa è impegnativa a causa della bassa tensione superficiale del lubrificante.
In risposta a questa sfida, recentemente, ispirata alla foglia di Salvinia con linea di contatto acqua/aria stabile e piante carnivore Nepenthes con linea di contatto acqua/aria mobile, il team di ricerca sulla scienza della superficie dei materiali guidato dal professor Xu Deng dell'Università di scienza e tecnologia elettronica della Cina (UESTC) ha collaborato con il professor Periklis Papadopoulos (Università di Ioannina) ha proposto una superficie scivolosa simile alla Salvinia (SSS). L'SSS è costituito da uno strato di polidimetilsilossano reticolato infuso di lubrificante (PDMS) sulla sommità di pilastri con pareti laterali idrofobe. Il lubrificante crea un'ulteriore barriera energetica, contro l'impalamento quasi statico e dinamico. Per di più, lo strato di olio sulla parte superiore della struttura funziona anche come lubrificante che riduce l'adesione e migliora notevolmente la mobilità delle gocce. Perciò, le gocce sulla SSS mostrano uno stato stabile e scivoloso di Cassie, evitando il forte effetto pinning sulle peci idrofile della pianta di Salvinia. Rispetto ad una superficie di controllo con la stessa struttura senza lubrificante, l'SSS mostra una maggiore stabilità contro la pressione e l'impatto, la maggiore mobilità laterale delle gocce d'acqua e la ridotta resistenza idrodinamica. Grazie alla sua facile fabbricazione e alle prestazioni migliorate, l'SSS sarà utile nel trasporto di fluidi viscosi, tubazioni e dispositivi microfluidici.
