Na menor das escalas, a ciência pode se tornar bastante estranha. Tão estranho na verdade que metais e outros materiais podem ser alterados para mudar completamente suas propriedades, como torná-los resilientes à água ou bactérias.

Esta é a base de uma nova pesquisa que busca o mundo oculto das superfícies, com o potencial de melhorar nossa vida cotidiana, fabricando máquinas de lavar louça que se limpam sozinhas ou baterias de maior durabilidade.

Um grande avanço que permitiu que isso fosse possível é o laser de pulso ultracurto. Até 10 anos atrás, essa tecnologia era muito cara e incapaz de produzir energia alta o suficiente para causar quaisquer efeitos interessantes que pudessem ser aplicados em escala industrial. Mas agora foi desenvolvido a um ponto em que os pesquisadores podem usá-lo para mudar a estrutura dos itens do dia a dia.

Elétrons

Um laser de pulso ultracurto é um laser que emite feixes regulares durando menos de 10 picossegundos - ou 10 trilionésimos de segundo. Este minúsculo pulso de duração é curto o suficiente para excitar elétrons na superfície de um metal e modificar suas propriedades antes que a energia seja convertida em calor conforme os elétrons relaxam, "ou retornar a um estado estável, entre cada pulso.

"Então, o que acontece é que você tem muitos elétrons muito animados que viajam pelo lugar, e então todos relaxam, e isso é convertido em calor em um golpe, "disse o Dr. Adrian Lutey, engenheiro mecânico e pesquisador da Universidade de Parma, na Itália, que trabalha em um projeto chamado TresClean. "E você pode provocar algumas modificações muito interessantes dessa forma."

A TresClean está procurando maneiras de os lasers de pulso ultracurto melhorarem uma série de indústrias, particularmente a indústria de alimentos e produtos da linha branca - como máquinas de lavar louça e máquinas de lavar - e investigando os limites do que poderia ser possível.

A equipe está explorando como superfícies de metal podem ser feitas resistentes à água usando lasers, incluindo um dos lasers de pulso ultracurto mais potentes do mundo na Universidade de Stuttgart, na Alemanha, com uma potência média de um quilowatt. Os lasers criam pequenos nanogrooves na superfície do metal, e prendendo bolhas de ar, isso impede que a água adira à superfície. Esta superfície áspera tem um efeito semelhante a uma folha de lótus, que tem uma química de superfície que evita que a água grude.

Antibacteriano

Usando esta técnica, é possível criar superfícies anti-bacterianas repelentes de líquidos. As bactérias prosperam na água, portanto, tubos e outros equipamentos devem ser limpos regularmente para evitar qualquer tipo de acúmulo - um processo que leva tempo e dinheiro consideráveis. Mas se a superfície nunca desenvolveu bactérias em primeiro lugar, este problema pode ser erradicado.

"Um análogo é uma cama de pregos, as células bacterianas não têm nenhum lugar ao qual possam se ligar, "disse o Dr. Lutey." Usar texturização a laser para produzir uma resposta antibacteriana é uma tecnologia de ponta. "

Até agora os resultados têm sido promissores, com a equipe publicando uma série de artigos de pesquisa sobre a eficácia da técnica. Eles esperam que isso possa ter várias aplicações, por exemplo, na indústria de embalagens de alimentos, onde o leite e outros alimentos líquidos são transportados por máquinas. Isso deve ser limpo a cada poucas horas, usando produtos de limpeza fortes.

"Se pudermos reduzir a quantidade de limpeza necessária, podemos reduzir o tempo de inatividade e podemos reduzir qualquer risco de contaminação onde os produtos de limpeza acabam nos alimentos, "disse o Dr. Lutey.

Da mesma forma em máquinas de lavar louça e máquinas de lavar, isso pode evitar que um biofilme - um grupo de bactérias - se forme dentro da máquina, o que pode fazer com que o tanque da máquina de lavar louça cheire conforme as bactérias flutuam. Com superfícies tratadas a laser, esses produtos podem consumir menos água e também ficar menos sujos.

As técnicas de laser podem ser aplicadas em outros lugares. Por exemplo, os barcos têm um problema comum ao lidar com um 'limo' de biofilme em seus cascos, onde as bactérias cresceram. Mas se o casco do barco pudesse ser resistente à água, então a bactéria não teria onde se agarrar.

Baterias

Pessoas que colocam implantes ou dirigem carros elétricos também podem se beneficiar com essas técnicas. Um projeto chamado Laser4Surf está usando pulsos de laser ultracurtos em vários campos, desde a produção de baterias até a medicina.

“A ideia por trás deste projeto é desenvolver protótipos que possam obter diferentes propriedades em superfícies metálicas, "disse a coordenadora do projeto, Dra. Ainara Rodriguez, do centro de pesquisa Ceit-IK4 na Espanha.

Ela e uma equipe de pesquisadores estão desenvolvendo protótipos que usam mais de 800, 000 pulsos de laser para aquecer o material até 6, 000 ° C, que é mais quente do que a superfície do sol. Isso sublima o material, transformando-o de sólido em gás, e permite que suas propriedades sejam alteradas.

“O que fazemos é irradiar (aquecer) a estrutura do material com pulsos de laser ultrarrápidos, o que pode aumentar a adesão do material, sua hidrofobicidade (a capacidade de repelir água), ou a cor do próprio metal, "disse o Dr. Rodriguez.

Ao usar lasers para aumentar a área de superfície das baterias e evitar o superaquecimento, a equipe espera aumentar seus ciclos de vida em 30%, e sua capacidade em até 60%. Isso aumenta as possibilidades no futuro de criar baterias para carros elétricos que carreguem mais rápido e durem mais. Em medicina, a texturização a laser deve tornar a ligação entre o osso humano e o implante 80% mais forte.

Crucial para o progresso desta pesquisa será provar que essa tecnologia pode ser avançada do ambiente de laboratório para a indústria. Em julho deste ano, a equipe espera ter desenvolvido diferentes protótipos que possam testar algumas de suas ideias, antes de ver como isso pode ser ampliado para uso mais difundido.