Desenho da superfície escorregadia tipo Salvinia. (a) Folha flutuante de Salvinia molesta em que a gota d'água exibe um estado de Cassie estável. Embora o design racional da microestrutura elástica em forma de batedeira de ovo com gradiente de energia de superfície na direção vertical pudesse estabilizar a linha de contato para evitar empalamento, tal estrutura tem forte adesão por causa dos remendos hidrofílicos. (b) Uma superfície escorregadia inspirada em uma planta de jarro com lubrificante molecularmente liso fixado no topo da microestrutura que permite uma queda rápida ou transporte de líquido. (c) A combinação constitui o SSS no qual a gota d'água mostra um estado de Cassie estável e escorregadio. O preto, roxa, e as setas vermelhas sólidas representam as direções de pressão (P), gravidade (g) e a velocidade de transporte da queda (V), respectivamente. Crédito:© Science China Press
Superfícies superhidrofóbicas são amplamente utilizadas em muitos ambientes industriais, que consistem principalmente em saliências sólidas ásperas que prendem o ar para minimizar a área de líquido / sólido. A estabilidade do estado super-hidrofóbico favorece um espaçamento relativamente pequeno entre as saliências. Contudo, isso, por sua vez, aumenta a força de adesão lateral que retarda a mobilidade das gotas. Assim, a otimização simultânea da estabilidade do estado de Cassie e minimização da força de adesão lateral permanece um grande desafio para SHPOS com alto desempenho.
Na natureza, As folhas de Salvinia mostram um estado de Cassie duradouro debaixo d'água, devido aos tricomas tipo batedeira de ovo hidrofóbicos com pinos hidrofílicos na parte superior. O limite hidrofílico para hidrofóbico fixa a linha de contato água / ar na direção vertical. Contudo, o efeito de fixação também diminui a mobilidade da linha de contato na direção horizontal. Em outra linha de pesquisa, superfícies porosas com infusão de líquido escorregadia (SLIPS) inspiradas nas plantas de jarro Nepenthes, têm sido demonstrados como substratos promissores onde baixa força de adesão lateral para gotas de qualquer líquido é necessária. Uma gota em uma superfície escorregadia com infusão de líquido, Contudo, mostra menor ângulo de contato e velocidade de derramamento em comparação com o SHPOS. Assim, para obter uma estrutura com estabilidade do estado de Cassie e minimização da força de adesão lateral, precisamos combinar SHPOS e SLIPS. Contudo, a introdução de uma almofada de ar estável entre as saliências com superfície escorregadia é um desafio devido à baixa tensão superficial do lubrificante.
Em resposta a este desafio, recentemente, inspirado na folha de Salvinia com linha de contato estável água / ar e plantas de jarro Nepenthes com linha móvel de contato água / ar, a equipe de pesquisa de ciências de superfície de materiais liderada pelo professor Xu Deng da Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China (UESTC) cooperou com o professor Periklis Papadopoulos (Universidade de Ioannina) propôs uma superfície escorregadia semelhante à de Salvinia (SSS). O SSS consiste em uma camada de polidimetilsiloxano reticulado (PDMS) infundido com lubrificante no topo de pilares com paredes laterais hidrofóbicas. O lubrificante cria uma barreira de energia adicional, contra empalamento quase estático e dinâmico. Além disso, a camada de óleo no topo da estrutura também funciona como um lubrificante que reduz a aderência e melhora significativamente a mobilidade da gota. Portanto, quedas no SSS mostram um estado estável e escorregadio de Cassie, evitando o forte efeito de fixação nos campos hidrofílicos da planta Salvinia. Comparado com uma superfície de controle com a mesma estrutura sem lubrificante, o SSS exibe maior estabilidade contra pressão e impacto, a mobilidade lateral aprimorada das gotas de água, bem como o arrasto hidrodinâmico reduzido. Devido à sua fácil fabricação e desempenho aprimorado, o SSS será útil no transporte de fluidos viscosos, oleodutos e dispositivos microfluídicos.