Vuoi una superficie che non si bagni? Prendi della carta vetrata.

I ricercatori della Rice University hanno sviluppato un metodo semplice per rendere le superfici superidrofobiche, cioè molto idrorepellenti, senza le sostanze chimiche spesso utilizzate in tali processi.

La loro tecnica prevede carta vetrata, una selezione di polveri e un po' di olio di gomito.

I laboratori dei professori Rice C. Fred Higgs III e James Tour, co-autori corrispondenti di un articolo sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Applied Materials and Interfaces , ha dimostrato che la levigatura di una superficie ne aumenta la capacità di disperdere l'acqua senza bagnarsi. Ma la macinazione in una polvere allo stesso tempo gli conferisce superpoteri idrofobici.

Meglio ancora, le loro superfici superidrofobiche hanno anche eccellenti proprietà antigelo. Hanno scoperto che l'acqua impiegava 2,6 volte più tempo per congelare sulle superfici trattate rispetto ai materiali non trattati. Hanno anche notato che il ghiaccio ha perso il 40% della sua forza di adesione, anche a temperature fino a meno 31 gradi Fahrenheit.

Quanto bene una superficie assorbe o respinge l'acqua può essere misurato analizzando l'angolo di contatto delle goccioline che vi si depositano. Per essere superidrofobico, un materiale deve avere un angolo di contatto con l'acqua, l'angolo in cui la superficie dell'acqua incontra la superficie del materiale, maggiore di 150 gradi. Maggiore è la bordatura, maggiore è l'angolo. Un angolo di zero gradi è una pozzanghera, mentre un angolo massimo di 180 gradi è una sfera che tocca appena la superficie.

Per raggiungere il loro super status, i materiali idrofobici hanno una bassa energia superficiale e una superficie ruvida. I migliori materiali del team Rice hanno mostrato un angolo di contatto di circa 164 gradi.

Higgs, il cui laboratorio è specializzato in tribologia, lo studio delle superfici a contatto di strisciamento, ha affermato che alcuni tipi di carta vetrata possono fornire rugosità superficiale che promuove il comportamento idrorepellente o idrofobico desiderato.

"Tuttavia, l'idea del gruppo Tour di introdurre materiali in polvere selezionati tra le superfici di sfregamento durante il processo di sabbiatura significa che si forma un tribofilm", ha affermato Higgs. "Ciò dà il vantaggio aggiuntivo di funzionalizzare la superficie per respingere l'acqua sempre di più."

Un tribofilm si forma in una reazione chimica su superfici che scorrono l'una contro l'altra. La superficie del pistone di un motore è un buon esempio, ha detto.

Higgs ha affermato che la levigatura irruvidisce le superfici più morbide e consente alle polveri di aderire attraverso le forze di van der Waals. "Queste forze raggiungono il massimo quando le superfici entrano in stretto contatto", ha affermato. "Pertanto, le particelle di polvere possono aderire anche dopo il completamento del processo di sabbiatura."

I cambiamenti strutturali e il trasferimento di massa ed elettroni sembrano abbassare l'energia superficiale dei materiali che, prima del trattamento, erano già leggermente idrofobici o idrofili, secondo i ricercatori.

Il team Rice ha applicato la tecnica su una varietà di superfici (Teflon, polietilene, polipropilene, polistirene, cloruro di polivinile e polidimetilsilossano) con una varietà di additivi in ​​polvere. Questi includevano fibra di grafene indotta da laser, grafene flash turbostratico, bisolfuro di molibdeno, teflon e nitruro di boro. È stata utilizzata una varietà di carte vetrate all'ossido di alluminio, da 180 a 2.000 grana.

I materiali resistenti si sono rivelati robusti, poiché né il riscaldamento a 130 gradi Celsius (266 gradi Fahrenheit) né 18 mesi sotto il caldo sole di Houston li hanno degradati. Anche attaccare il nastro trasparente sulla superficie e staccarlo 100 volte non li ha degradati. Ma anche quando i materiali hanno cominciato a cedere, i laboratori hanno scoperto che la rilevigatura poteva facilmente rinfrescare la loro idrofobicità.

Il team ha anche scoperto che modificando le condizioni di sabbiatura e gli additivi in ​​polvere, i materiali possono anche essere resi idrofili o assorbenti l'acqua.

Tour ha affermato che la semplificazione della produzione di materiali superidrofobici e antigelo dovrebbe attirare l'interesse del settore. "È difficile realizzare questi materiali", ha detto. "Le superfici superidrofobiche non consentono l'accumulo di acqua. L'acqua gocciola e rotola via se c'è anche la minima angolazione o vento debole.

"Ora, quasi tutte le superfici possono essere rese superidrofobiche in pochi secondi", ha affermato Tour. "Le polveri possono essere semplici come teflon o bisolfuro di molibdeno, entrambi prontamente disponibili, o materiali di grafene più recenti. Molte industrie potrebbero trarne vantaggio, dai costruttori di aerei e barche ai grattacieli, dove è essenziale una bassa adesione del ghiaccio. "

"I produttori di aeroplani non vogliono che si formi ghiaccio sulle ali, i capitani delle navi non vogliono che la resistenza dell'acqua oceanica li rallenti e i dispositivi biomedici devono evitare il biofouling, dove i batteri si accumulano sulle superfici bagnate", ha affermato Higgs. "Le superfici superidrofobiche robuste e di lunga durata prodotte da questo metodo di sand-in in un unico passaggio possono alleviare molti di questi problemi.

"Un limite di altre tecniche per generare superfici idrofobiche è che non si adattano a grandi superfici come quelle di aerei e navi", ha affermato. "Tecniche di applicazione semplici come quella sviluppata qui dovrebbero essere scalabili."

Weiyin Chen, uno studente laureato alla Rice, co-autore principale del nuovo articolo, ha affermato che il laboratorio Tour ha anche applicato la sua tecnica di sand-in a varie superfici metalliche tra cui, come riportato in un altro articolo recente, fogli di litio e sodio per batterie metalliche.

"Le reazioni chimiche spontanee causano la formazione di tribofilm, in questo caso l'interfase artificiale dell'elettrolita solido", ha detto Chen. "I metalli modificati possono essere usati come anodi per batterie metalliche ricaricabili." + Esplora ulteriormente

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