Alguns corpos de insetos desenvolveram a capacidade de repelir água e óleo, aderir a diferentes superfícies, e eliminar reflexos de luz. Os cientistas estudaram os mecanismos físicos subjacentes a essas propriedades notáveis ​​encontradas na natureza e os imitaram para projetar materiais para uso na vida cotidiana.

Vários anos atrás, Cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveram um método de texturização de superfície em nanoescala para conferir repelência total à água aos materiais - uma propriedade inspirada por exoesqueletos de insetos que têm pêlos minúsculos projetados para repelir água por aprisionamento de ar. Seu método aproveita a capacidade de materiais chamados copolímeros em bloco (cadeias de duas moléculas distintas ligadas entre si) de se automontar em padrões ordenados com dimensões medindo apenas dezenas de nanômetros de tamanho. Os cientistas usaram esses padrões automontados para criar texturas em nanoescala em uma variedade de materiais inorgânicos, incluindo silício, copo, e alguns plásticos. Inicialmente, eles estudaram como mudar a forma das texturas da capacidade cilíndrica para cônica dos materiais impactados de repelir a água. Nanotexturas em forma de cone mostraram-se muito melhores em forçar as gotas de água a rolar, afastando as partículas de sujeira e deixando as superfícies completamente secas.

Agora, trabalhando com colegas na França - da ESPCI Paris Tech, École Polytechnique, e o Grupo Thales - eles mostraram ainda que as nanotexturas otimizadas têm excelentes habilidades antiembaçantes, conforme descrito em um artigo publicado online na edição de 27 de fevereiro de Materiais da Natureza . Liderado por David Quéré da ESPCI e École Polytechnique, a pesquisa fornece uma compreensão fundamental que pode informar novos projetos para bobinas de condensação de geradores de energia de turbina a vapor, pára-brisas de carros e aviões, e outros materiais sujeitos a nebulização.

"Muitos materiais texturizados podem repelir água, com gotas de água do tamanho de um milímetro ricocheteando em suas superfícies, mas muitas dessas superfícies falham quando expostas a condições de neblina ou umidade, "disse Charles Black, diretor do Centro de Nanomateriais Funcionais do Laboratório Brookhaven (CFN), o DOE Office of Science User Facility, onde Black e o ex-físico Antonio Checco, do Departamento de Física da Matéria Condensada e Ciência de Materiais de Brookhaven, e o ex-associado de pesquisa pós-doutorado do CFN, Atikur Rahman, fabricaram as nanotexturas.

O nevoeiro se forma quando quente, o ar úmido atinge uma superfície mais fria (como uma janela ou pára-brisa) e forma gotículas de água - um processo chamado condensação. Quando as gotas de água são semelhantes em tamanho às características estruturais de uma superfície hidrofóbica texturizada ("odeia água"), eles podem entrar e crescer dentro da textura, em vez de permanecer no topo. Uma vez que a textura se enche, a água que cai no material fica presa, resultando no aparecimento de névoa.

Os cientistas já observaram que as asas das cigarras, que são cobertos por texturas em forma de cone nanométrico, têm a capacidade de repelir a névoa, fazendo com que as gotículas de água saltem espontaneamente de sua superfície - um fenômeno causado pela conversão eficiente da energia superficial em energia cinética quando duas gotículas se combinam. Motivado por este exemplo da natureza, a equipe investigou como a redução do tamanho da textura e a alteração da forma da textura afetam a capacidade anti-embaçamento da superfície de um modelo.

Para simular condições de neblina, os cientistas aqueceram a água e mediram a força de adesão à medida que as gotículas de água quente resfriaram ao entrar em contato com as superfícies nanotexturadas. Essas medições revelaram que a adesão da gota foi significativamente afetada pelo tipo de nanotextura de superfície, com gotas quentes aderindo fortemente àquelas com texturas grandes e dificilmente aderindo às superfícies com as menores.

"Texturas com os menores tamanhos de recursos e a forma apropriada - neste caso, cônico - resiste ao embaçamento porque as gotículas de água em condensação são muito grandes para penetrar na textura. As gotas permanecem no topo, essencialmente flutuando na almofada de ar presa abaixo, "disse Black.

Em seguida, os cientistas usaram um microscópio óptico conectado a uma câmera de vídeo de alta resolução para ver a condensação de gotículas em diferentes texturas durante a formação do orvalho, quando a umidade atmosférica se condensa mais rápido do que evapora. Embora todas as texturas sejam inicialmente cobertas por um grande número de microgotículas, com o tempo, as texturas com formato cilíndrico ficam cobertas de água, enquanto os de formato cônico se secam espontaneamente. As texturas de formato cônico resistem à formação de orvalho porque as gotas de água aderem tão levemente à superfície que, quando duas gotas se juntam, eles ganham energia suficiente para saltar espontaneamente da superfície, semelhante ao mecanismo observado nas asas de cigarras.

“Este trabalho representa o excelente, poder multiplicativo das instalações do usuário DOE. Nesse caso, A colaboração inicial da CFN com um usuário de um dos departamentos de Brookhaven levou a uma nova conexão internacional com diferentes usuários, que realizou o estudo de superfícies hidrofóbicas em novas direções, "disse Black.