Em superfícies repelentes de líquidos, gotas de líquido saltam para longe em vez de ficarem presas. Essas superfícies são importantes em muitos campos, como roupas impermeáveis ​​e utensílios de cozinha anti-incrustantes. Usado como revestimentos de redução de arrasto para veículos aquáticos, essas superfícies podem até ajudar a acelerar navios de carga e equipamentos militares para economizar energia. O sonho de pesquisa e desenvolvimento de repelentes de líquidos é uma estrutura que tenha repelência de líquidos robusta, forte estabilidade mecânica, e é barato de produzir em escala comercial. Contudo, os resultados funcionais das superfícies repelentes de líquidos existentes não foram satisfatórios, por causa de inadequações de design estrutural convencional e abordagens de fabricação em microestruturas de engenharia e propriedades de tais superfícies.

O desafio foi superado recentemente por uma pesquisa inovadora liderada pelo Professor Wang Liqiu no Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia, a Universidade de Hong Kong (HKU), por meio do desenvolvimento de uma estrutura robusta repelente de líquidos e da fabricação de superfícies porosas por meio de uma técnica inovadora à base de gotas microfluídicas. Materiais como têxteis, metais, e os vidros cobertos por uma camada dessa superfície porosa robusta podem então se tornar repelentes de líquidos. O artigo foi publicado recentemente em revista acadêmica Nature Communications (Zhu P. A., Kong T. T., Tang X. e Wang L. Q. 2017. Membranas porosas bem definidas para superfícies omnifóbicas robustas via modelagem de emulsão microfluídica, Nature Communications 8, 15823). Com a nova tecnologia desenvolvida pela equipe, as roupas nunca mais se molhariam em dias chuvosos.

A equipe resolve efetivamente o conflito entre a repelência a líquidos e a estabilidade mecânica por meio do design inspirado na cutícula springtail das estruturas repelentes a líquidos. Springtail são artrópodes que vivem no solo, cujos habitats costumam sofrer chuvas e inundações. Como consequência, Springtails evoluem suas cutículas com forte durabilidade mecânica e repelência a líquidos robusta para resistir ao atrito de partículas do solo e sobreviver em ambientes aquosos, respectivamente. Inspirado nas cutículas springtail, a equipe de pesquisa projetou superfícies porosas compostas de microcavidades em forma de favo de mel interconectadas com um perfil reentrante:a interconectividade garante estabilidade mecânica e a estrutura reentrante produz repelência a líquidos robusta.

Estrutura robusta repelente de líquido mostra um aumento de 21 vezes na estabilidade mecânica

As robustas superfícies repelentes de líquidos repelem pelo menos 10 tipos de líquido, incluindo água, soluções surfactantes, óleos, e solventes orgânicos e mostram um aumento surpreendente de mais de 21 vezes na estabilidade mecânica em comparação com estruturas discretas. As superfícies porosas também são capazes de recuperar seu estado de não umedecimento, mesmo que as microcavidades estejam parcialmente umedecidas pela água. As superfícies flexíveis também podem ser prontamente revestidas em vários objetos para repelência a líquidos.

O material de superfície porosa custa apenas cerca de HKD1 por metro quadrado

A equipe de pesquisa também desenvolveu uma técnica inovadora à base de gotas microfluídicas para a fabricação de superfícies porosas que é muito semelhante a biscoitos moldados feitos em formas de cozimento. Aqui, os moldes são gotículas uniformes de tamanho mícron que são produzidas por tecnologia de microfluídica com controle preciso sobre seu tamanho, estrutura, e composição. Moldado por gotículas microfluídicas, microestruturas uniformes em escala comercial são produzidas a baixo custo. O custo do material está na faixa de HKD 0,7 a 1,3 por metro quadrado, apenas um milésimo disso na compra de produtos comercializados, como o filme PTFE hidrorrepelente. Esta técnica tem alta precisão e eficácia em estruturas de superfície de engenharia, garantida pela precisão e controlabilidade da geração de gotículas microfluídicas que é de baixo custo e também pode ser facilmente ampliada.

A descoberta mudará a maneira como as superfícies repelentes de líquidos são fabricadas para repelência de líquidos robusta, forte estabilidade mecânica, e produção econômica em escala comercial. Também pavimentou o caminho para um maior progresso na criação de estruturas de superfície por design, e na adaptação de sua morfologia, repelência e estabilidade mecânica para se adequar a uma aplicação desejada em vários campos, incluindo energia, edifícios, automóveis, engenheiro químico, eletrônicos, ambientes, indústria biomédica, manufatura avançada, veículo aquático e equipamento militar.