Superfícies superhidrofóbicas são normalmente isoladas por vapor quando levadas à fervura (esquerda), mas fazer com que a água grude faz com que fervam de forma muito eficiente (certo), melhor do que superfícies hidrofílicas. Crédito:imagem da Purdue University / Taylor Allred
As superfícies que repelem a água podem suportar uma ebulição eficiente se todo o ar e o vapor forem removidos de um sistema primeiro, de acordo com pesquisa apresentada na capa da edição mais recente da Cartas de revisão física .
A água é normalmente fervida de superfícies hidrofílicas para resfriar reatores nucleares e eletrônicos de alta potência, impedindo-os de superaquecimento. A pesquisa da Purdue University mostrou que as superfícies mais repelentes de água possíveis, materiais superhidrofóbicos, não só pode ferver água de forma eficiente sob as condições certas, mas também permanecem mais frias do que as superfícies hidrofílicas.
"Uma das maneiras de tirar o calor de uma superfície é fervê-la, "disse Justin Weibel, professor associado de pesquisa de engenharia mecânica. "Mas ninguém normalmente considera o uso de superfícies superhidrofóbicas para melhorar a ebulição."
Eletrônicos de consumo - incluindo laptops e até mesmo alguns smartphones - têm água dentro de "tubos de calor" de metal que dissipam o calor gerado quando esses dispositivos estão em uso, resfriando-os. Eletrônica de alta potência usada em veículos elétricos, os supercomputadores e as aeronaves, em particular, exigem meios mais eficientes para evitar o superaquecimento.
"As superfícies superhidrofóbicas eram anteriormente consideradas ruins para ferver porque não podem ficar úmidas, "disse Taylor Allred, um aluno de doutorado em Purdue em engenharia mecânica e primeiro autor do artigo. "Você obtém uma manta de vapor na superfície, e porque o vapor é um ótimo isolante de calor, você está isolando a superfície em vez de resfriá-la. "
O pesquisador graduado Taylor Allred e o aspirante a marinheiro da Academia Naval dos Estados Unidos, Nicholas Stovall-Kurtz, observam a ebulição em uma superfície repelente de água que pode ajudar a evitar o superaquecimento de eletrônicos de alta potência. Crédito:imagem da Purdue University / Jared Pike
Pesquisas anteriores levaram os cientistas a acreditar que, sem essa camada de vapor isolante, superfícies superhidrofóbicas podem potencialmente ferver em temperaturas mais baixas do que as hidrofílicas. Vários estudos tentaram fazer superfícies padronizadas para obter os benefícios dos materiais hidrofílicos e hidrofóbicos, mas os pesquisadores ainda não haviam alcançado uma superfície totalmente livre de vapor com padronização devido às regiões hidrofóbicas.
"Percebemos que se pudéssemos realizar uma etapa importante antes de ferver a partir da superfície superhidrofóbica, poderíamos obter o melhor dos comportamentos de superfície hidrofóbica e hidrofílica, tudo em um, "disse Suresh Garimella, Goodson da Purdue é professor distinto de Engenharia Mecânica e diretor do Cooling Technologies Research Center.
Allred primeiro submergiu a superfície e depois aqueceu a água circundante, tomando cuidado para não ferver diretamente da própria superfície. Isso removeu a camada de ar que normalmente está presa dentro da textura da superfície superhidrofóbica, permitindo que a água, em vez disso, penetre na textura e a molhe totalmente como faria em uma superfície hidrofílica.
Pré-umedecer a textura de uma superfície super-hidrofóbica resulta na "fixação" de pequenas bolhas durante a ebulição, o que significa que eles não se espalham pela superfície à medida que se expandem. Em vez disso, eles partem sem coalescer em uma manta de vapor e ajudam a manter a superfície úmida com água líquida. Os materiais hidrofóbicos também são capazes de formar muito mais bolhas pequenas do que as superfícies hidrofílicas, permitindo que a superfície seja resfriada com mais eficiência.
"Existem inúmeros artigos sobre como fazer superfícies super-hidrofóbicas e como usá-las para uma variedade de aplicações. Com esta pesquisa, abrimos uma área totalmente nova onde eles podem ser implantados, "Garimella disse.
