Superficies materiales auto-limpiables
Efecto Ptalo: Un Estado Sper hidrfobo con alta fuerza
adhesivaPublicado por emulenews en Abril 30, 2008
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Por qu retiene una rosa las gotas del roco en su piel? Una
noticia aparecida en Nature Science News nos remite al artculo
deLin Feng, Yanan Zhang, Jinming Xi, Ying Zhu, N Wang, Fan Xia, and
Lei Jiang, Petal Effect: A Superhydrophobic State with High
Adhesive Force, Langmuir, 24 (8), 4114 -4119, 2008. Las micro y
nanoestructuras en la superficie de los ptalos de las rosas generan
suficiente rugosidad para generar una alta adherencia del agua al
ptalo (la gota no resbala) y suficiente hidrofobia como para que la
gota no se derrame. Los autores han bautizado este fenmeno como
efecto ptalo (de rosa).
Muchos inventos tecnolgicos de gran inters prctica tienen su
base en imitar la funcionalidad de sistemas y fenmenos observados
en la Naturaleza. Por ejemplo,la superficie de muchashojas de
plantas, alas de insectos y extremidades de invertebradospresenta
un mecanismo de auto-limpieza: las gotas de agua no permanecen
estables en estas superficies, por lo que se ponen a rodar,
limpiando a su paso las pequeas motas de polvo presentes en la
superficie. Esta propiedad de auto-limpieza sera de gran utilidad
en el diseo de nuevos materiales. Pero, a qu es debido este
fenmeno?
La explicacin usual de la auto-limpieza se basa en la conjuncin
de una superficie rugosa con ciertas micro y nanoestructuras
especiales y un material de baja energa superficial, que genere un
fenmeno de superhidrofobia que venga acompaado de un gran ngulo de
contacto y un bajo ngulo de deslizamiento. Se han fabricado
materiales con estas propiedades (pelculas de carbn, polmeros,
xidos inorgnicos nanoestructurados, etc.). En una superficie rugosa
los dos efectos que producen superhidrofobia son el efecto de
Wenzel y el de Cassie. El primero (Wenzel) representa el modo de
contacto mojado entre el agua y la superficie rugosa, que permite a
las gotas de agua agarrarse a la superficie y adquirir un gran
ngulo de contacto. El segundo (Cassie) representa lo contrario, el
contacto seco entre la gota de agua y la superficie, que le permite
rodar por la superficie (presentando un ngulo de contacto
bajo).
Haba5 posibles estados de super hidrofobia (que aparecen en la
figura, extrada de S. Wang, L. Jiang, Definition of
Superhydrophobic States, Advanced Materials, Volume 19, Issue 21 ,
Pages 3423 3424, 2007 ), segn qu efectos dominen (Wenzel o Cassie):
(a) estado tipo Wenzel,(b) estado de Cassie, (c) una caso
particular del estado de Cassie, llamado estado flor de loto, (d)
un estado de transicin entre Wenzel y Cassie, y (e) un estado de
adherencia llamado gecko (pie de salamanquesa). En nuevo artculo
presenta un nuevo estado, que podemos llamar estado ptalo de rosa,
que corresponde a un estado de Cassie con impregnacin mojada
(Cassie impregnating wetting state).
Segn el artculo de Lin Feng (Petal Effect: A Superhydrophobic
State with High Adhesive Force), la interaccin de las gotas de roco
(agua) matutinas con las micropapilas de los ptalos de rosa es un
ejemplo del nuevo estado, ya que los ptalos de rosa presentan
nanopliegues que generan suficiente rugosidad para que se d el
estado super hidrofbico de Cassie, pero permitiendo una gran
adherencia de la gota al propio ptalo,Cassie con impregnacin
mojada. La gota de agua (de forma prcticamente esfrica) no puede
rodar por la superficie del ptalo (algo tpico en el estado de flor
de loto). Los autores consideran que esta combinacin de efectos
conduce a un nuevo estado el de ptalo de rosa.Estas imgenes de
Microscopio Electrnico de Barrido muestran la superficie de un
ptalo derosa (roja) mostrando una estructura peridica de
micropapilas(a) y nanopliegues en cada micropapila (b). Una gota de
roco en la superficie de un ptalo presenta una figura esfrica (c)
mostrando superhidrofobicidad con un ngulo de contacto de 152.4
grados. Cuando se vuelca el ptalo y la gota aparece boca abajo (d)
se observa la gran adherencia entre gota y ptalo que permite que
las gotas del roco doten a la rosa de su peculiar belleza
mojada.
La figura de arriba es una representacin esquemtica del fenmeno
de adherencia entre la gota de agua y la superficie del ptalo de la
rosa. El agarre del ptalo a la gota hace que sta se comporte como
un objeto elstico. La figura de abajo muestra la forma de la gota
para varios volmenes (en microlitros), tanto colgada lateralmente
como boca abajo. A qu os recuerdan?
Conclusin En conclusin, la comprensin del efecto ptalo nos
proporciona un ejemplo de la naturaleza de superficie con un alta
fuerza adhesiva al agua, lo que demuestra una inusual Cassie
impregnacin mojar estado. La observacin de los efectos de ptalos
tambin nos impulsa a desarrollar un mtodo sencillo para la
fabricacin de pelculas polmericas que posee tanto el propiedad
super hidrofbica y el adhesivo.
Fabricacin a gran escala puede se lograr mediante el ptalo de un
molde en el proceso de duplicacin, que es posible que la produccin
industrial con un alto procesamiento. Este estudio no slo mejora
nuestra comprensin de la autolimpiezade las especies naturales,
sino que tambin proporciona importantes conocimientos sobre el
diseo de nuevos materiales para aplicaciones en recubrimientos,
fibras orgnicas, y la decoracin.
Utilizando el material de fabricacin natural de ptalos, un
material inocuo para el medio ambiente, como plantillas tiene el
mrito ms evidente muchas otras tcnicas convencionales, que no son
accesibles para este propsito.REFERENCIAS Y
[email protected] (L.J.).
Tsinghua University.
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