Credito:CC0 Dominio Pubblico
Utilizzando una serie di approcci teorici e di simulazione, i fisici dell'Università di Bristol hanno dimostrato che i liquidi a contatto con i substrati possono esibire un numero finito di classi di comportamento e identificarne di nuove importanti.
Le loro scoperte, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ), sfidare la saggezza accettata sul comportamento della fase di bagnatura e asciugatura.
Gli autori forniscono una solida struttura concettuale per adattare le proprietà di nuovi materiali, compresa la ricerca di substrati super-repellenti, come l'espulsione dell'acqua dai parabrezza, oltre a comprendere le interazioni idrofobiche su scala di lunghezza delle biomolecole.
Quando un liquido come l'acqua viene respinto da un substrato solido, la goccia creata presenta un ampio angolo di contatto. Questo è noto come stato idrofobico, o superidrofobico se l'angolo di contatto è molto grande, in modo che la goccia formi una forma quasi sferica.
Al contrario, se il substrato attrae il liquido in modo sufficientemente forte, in altre parole, un substrato idrofilo:questo crea un piccolo angolo di contatto e la goccia si diffonde sulla superficie.
Se una superficie è idrofoba o idrofila è determinata dal grado di attrazione molecolare tra il substrato e il liquido.
Il controllo dell'attrazione è fondamentale per la bagnabilità dei substrati, che determina quanti sistemi fisici e biologici funzionano. Ad esempio, le foglie delle piante sono spesso idrofobiche, permettendo loro di rimanere asciutti durante la pioggia in modo che lo scambio di gas possa avvenire attraverso i loro pori. Però, liquidi come vernici, inchiostri e lubrificanti sono necessari per stendere per rivestire o 'bagnare' le superfici.
Basandosi sulle prime intuizioni acquisite dall'ex Bristol Ph.D. studentessa Dott.ssa Maria Stewart, Il professor Bob Evans e il professor Nigel Wilding hanno applicato una serie di tecniche teoriche e di simulazione a modelli di fluidi realistici per studiare le proprietà di substrati idrofobici e idrofili.
Hanno scoperto un comportamento ricco e inaspettato come fluttuazioni di densità divergenti associate al fenomeno dell'"essiccazione critica" in un substrato superidrofobo.
Il professor Evans ha dichiarato:"Chiarire i fattori che controllano l'angolo di contatto di un liquido su un substrato solido è un problema scientifico di vecchia data pertinente alla fisica, chimica e scienza dei materiali. I progressi sono stati ostacolati dalla mancanza di una comprensione completa e unificata della fisica delle transizioni delle fasi di bagnatura e asciugatura. I nostri risultati mostrano che il carattere di queste transizioni dipende sensibilmente sia dalla gamma di interazioni fluido-fluido e substrato-fluido che dalla temperatura".
Il professor Wilding ha aggiunto:"Il nostro lavoro ha scoperto classi precedentemente non riconosciute di diagrammi di fase superficiali a cui appartengono la maggior parte degli studi sperimentali e di simulazione di liquidi a contatto con un substrato. Una caratteristica particolarmente interessante riguarda l'acqua vicino a substrati superidrofobici dove si osserva il fenomeno di essiccamento' come θ →180°. Ciò è segnalato da fluttuazioni divergenti di densità che portano a ricche proprietà strutturali comprese disposizioni frattali di bolle di vapore vicino al substrato.