In questa immagine, l'immagine centrale è il profilo ottico di una goccia d'acqua posta su silicio "nanopitted"; l'immagine a destra è una micrografia elettronica a scansione delle nanocavità; e l'immagine a sinistra è un cartone animato che illustra la forma delle nanobolle come dedotta dalle misurazioni dei raggi X.
(PhysOrg.com) -- Il primo assaggio di minuscole bolle d'aria che impediscono all'acqua di bagnare una superficie super antiaderente potrebbe portare a nuovi materiali super scivolosi con applicazioni in energia, medicinale, e altro ancora.
Gli scienziati del Brookhaven National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno ottenuto il primo assaggio di minuscole bolle d'aria che impediscono all'acqua di bagnare una superficie super antiaderente. Informazioni dettagliate sulla dimensione e la forma di queste bolle - e il materiale antiaderente che gli scienziati hanno creato "marcando" un materiale liscio con cavità che misurano solo miliardesimi di un metro — viene pubblicato online oggi sulla rivista Nano lettere .
“I nostri risultati spiegano come queste nanocavità intrappolano minuscole bolle che rendono la superficie estremamente idrorepellente, ” ha detto il fisico di Brookhaven e autore principale Antonio Checco. La ricerca potrebbe portare a una nuova classe di materiali antiaderenti per una vasta gamma di applicazioni, comprese le centrali elettriche ad alta efficienza, barche più veloci, e superfici resistenti alla contaminazione da germi.
Le superfici antiaderenti sono importanti in molte aree della tecnologia, dalla riduzione della resistenza agli agenti antigelo. Queste superfici vengono solitamente create applicando rivestimenti, come il teflon, per levigare le superfici. Ma recentemente, prendendo spunto dalle osservazioni in natura, in particolare la foglia di loto e alcune varietà di insetti:gli scienziati hanno capito che un po' di consistenza può aiutare. Incorporando caratteristiche topografiche sulle superfici, hanno creato materiali estremamente idrorepellenti.
“Chiamiamo questo effetto ‘superidrofobicità, '", ha detto il fisico di Brookhaven Benjamin Ocko. “Si verifica quando le bolle d'aria rimangono intrappolate nelle superfici strutturate, riducendo così drasticamente l'area del liquido a contatto con il solido. Questo costringe l'acqua a gonfiarsi in gocce a forma di perla, che sono debolmente collegati alla superficie e possono facilmente rotolare via, anche con la minima pendenza.
“Per avere il primo assaggio di nanobolle su una superficie superidrofoba abbiamo creato una serie regolare di oltre un trilione di nano-cavità su una superficie altrimenti piatta, e poi rivestito con un tensioattivo simile alla cera, "disse Charles Black, un fisico presso il Center for Functional Nanometerials di Brookhaven.
questo rivestito, la superficie strutturata su scala nanometrica era molto più idrorepellente della sola superficie piana, suggerendo l'esistenza di nanobolle. Però, perché la nanoscala non è accessibile utilizzando i normali microscopi, si sa poco di queste nanobolle.
Per dimostrare inequivocabilmente che queste bolle ultrapiccole erano presenti, il team di Brookhaven ha effettuato misurazioni a raggi X presso la National Synchrotron Light Source. “Osservando come i raggi X si diffrangevano, o rimbalzato sulla superficie, siamo in grado di visualizzare caratteristiche estremamente piccole e mostrare che le cavità erano per lo più piene d'aria, ” ha detto il fisico di Brookhaven Elaine DiMasi.
Checco ha aggiunto, "Siamo rimasti sorpresi dal fatto che l'acqua penetri solo da 5 a 10 nanometri nelle cavità - una quantità corrispondente a soli 15-30 strati di molecole d'acqua - indipendentemente dalla profondità delle cavità. Ciò fornisce la prima prova diretta della morfologia di tali piccole bolle”.
Secondo le osservazioni degli scienziati, le bolle hanno solo una dimensione di circa 10 nanometri, circa diecimila volte più piccole della larghezza di un singolo capello umano. E i risultati del team mostrano in modo conclusivo che queste minuscole bolle hanno cime quasi piatte. Questo è in contrasto con il più grande, bolle di dimensioni micrometriche, che hanno una parte superiore più arrotondata.
“Questa configurazione appiattita è attraente per una vasta gamma di applicazioni perché dovrebbe aumentare lo scorrimento idrodinamico oltre la superficie nanostrutturata, disse Checco. "Inoltre, il fatto che l'acqua difficilmente penetra nelle nano-texture, anche se viene applicata una pressione esterna al liquido, implica che queste nanobolle sono molto stabili".
Perciò, a differenza dei materiali con dimensioni maggiori, texture micrometriche, le superfici fabbricate dal team di Brookhaven possono presentare proprietà superidrofobiche più stabili.
“Questi risultati forniscono una migliore comprensione degli aspetti su scala nanometrica della superidropobicità, che dovrebbe aiutare a migliorare la progettazione delle future superfici antiaderenti superidrofobiche, disse Checco.
