I ricercatori dell'Università di Sydney hanno osservato che le molecole di olio mantengono le loro proprietà "simil-liquide" quando sono attaccate chimicamente come uno strato estremamente sottile a superfici solide, aprendo nuove possibilità per la progettazione di materiali sostenibili con caratteristiche antiaderenti.
I risultati sono pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie , guidato dal Dr. Isaac Gresham con i coautori la Professoressa Chiara Neto e lo studente onorato Seamus Lilley della School of Chemistry e Sydney Nano, il Dr. Kaloian Koynov del Max Planck Institute for Polymer Research e il Dr. Andrew Nelson dell'Australian Centre for Diffusione di neutroni.
I rivestimenti "simil-liquidi" studiati dal team, noti come superfici liquide scivolose attaccate covalentemente (SCALS), sono prodotti da siliconi o polietilenglicole, entrambi i quali si decompongono in sottoprodotti innocui nell'ambiente.
Gli SCALS sono antiadesivi senza fare affidamento sui problematici polimeri perfluorurati (PFAS), noti come "sostanze chimiche per sempre" che vengono solitamente utilizzati per le loro proprietà di bassa adesione.
"Questi strati liquidi sono estremamente scivolosi per la maggior parte dei contaminanti:rilasciano goccioline liquide senza sforzo, il che è ottimo per aumentare l'efficienza del trasferimento di calore e per raccogliere l'acqua, prevengono l'accumulo di incrostazioni e resistono all'adesione di ghiaccio e batteri, facendoci fare un ulteriore passo avanti verso un mondo autopulente", ha affermato il professor Neto, che dirige il laboratorio di nanointerfacce presso l'Università di Sydney.
"Possiamo correlare le eccezionali prestazioni di questi strati con la loro nanostruttura, il che significa che ora sappiamo a cosa miriamo quando progettiamo superfici scivolose, permettendoci di renderle ancora più efficaci e fornire valide alternative ai rivestimenti fluorurati."
Gli strati scivolosi nanosottili, spessi tra due e cinque miliardesimi di metro o 10.000 volte più sottili di un capello umano, sono costituiti da molecole di olio lunghe solo un centinaio di atomi.
"Una goccia d'acqua scivola senza attrito su uno spesso film d'olio, ma se si rimuove completamente il film d'olio, ad esempio usando il sapone, la maggior parte delle gocce d'acqua si attaccherà alle superfici solide", ha detto il professor Neto.
"Quanto sottile può essere lo strato di olio su una superficie solida prima che non sia più 'simile a un liquido'? Su scala nanometrica, la definizione di liquido diventa alquanto sfuggente."
Per svelare i segreti dei rivestimenti liquidi ultrasottili, il team ha utilizzato due tecniche per "vedere" gli strati superficiali.
La prima tecnica è la spettroscopia di forza a singola molecola, che misura la lunghezza delle singole molecole e la forza necessaria per allungarle o comprimerle.
Il secondo è la riflettometria neutronica, che consente agli scienziati di misurare la lunghezza e la densità di innesto delle molecole.
"Abbiamo scoperto che se le molecole liquide erano troppo corte e scarsamente innestate sulla superficie solida, non coprivano adeguatamente la superficie solida sottostante e rimanevano appiccicose", ha affermato il professor Neto.
"D'altra parte, se le molecole erano troppo lunghe o innestate troppo densamente, non avevano abbastanza flessibilità per agire come un liquido.
"Affinché gli SCALS fossero efficaci, dovevano trovarsi in una zona Goldilocks, dove non sono né troppo corti né troppo lunghi, né troppo larghi o troppo stretti."
Per dimostrare in modo definitivo che le proprietà eccezionali di questi strati sono dovute al loro stato "simile a un liquido", il team ha misurato la velocità con cui una piccola molecola sonda si diffonde all'interno dello strato.
Le molecole possono diffondersi attraverso i liquidi, ma non attraverso i solidi. Il professor Neto ha affermato che la diffusione molecolare più rapida è stata osservata nella zona Riccioli d'Oro, dove le molecole di olio hanno la lunghezza giusta e sono innestate con una densità moderata.
Ulteriori informazioni: Isaac Gresham et al, La nanostruttura spiega il comportamento delle superfici liquide scivolose attaccate covalentemente, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308008
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie , Angewandte Chemie
Fornito dall'Università di Sydney
