Usando uma variedade de abordagens teóricas e de simulação, físicos da Universidade de Bristol mostraram que líquidos em contato com substratos podem exibir um número finito de classes de comportamento e identificar as classes novas importantes.

Suas descobertas, publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), desafiar a sabedoria aceita sobre o comportamento da fase de umedecimento e secagem.

Os autores fornecem uma estrutura conceitual sólida para adaptar as propriedades de novos materiais, incluindo encontrar substratos super-repelentes, como expulsar a água dos pára-brisas, bem como a compreensão das interações hidrofóbicas na escala de comprimento das biomoléculas.

Quando um líquido como a água é repelido de um substrato sólido, a gota criada exibe um grande ângulo de contato. Isso é conhecido como um estado hidrofóbico, ou superhidrofóbico se o ângulo de contato for muito grande, de modo que a gota forma uma forma quase esférica.

Por contraste, se o substrato atrai o líquido com força suficiente - em outras palavras, um substrato hidrofílico - isso cria um pequeno ângulo de contato e a gota se espalha pela superfície.

Se uma superfície é hidrofóbica ou hidrofílica é determinado pelo grau de atração molecular entre o substrato e o líquido.

Controlar a atração é a chave para a molhabilidade dos substratos, que determina quantos sistemas físicos e biológicos funcionam. Por exemplo, as folhas das plantas são frequentemente hidrofóbicas, permitindo que permaneçam secos durante a chuva para que a troca gasosa possa ocorrer através de seus poros. Contudo, líquidos, como tintas, tintas e lubrificantes são necessários para espalhar para revestir ou superfícies 'molhadas'.

Com base nas primeiras percepções obtidas pelo ex-Ph.D. da Bristol estudante Dra. Maria Stewart, O professor Bob Evans e o professor Nigel Wilding aplicaram uma série de técnicas teóricas e de simulação a modelos de fluidos realistas para estudar as propriedades de substratos hidrofóbicos e hidrofílicos.

Eles descobriram um comportamento rico e inesperado, como flutuações divergentes de densidade associadas ao fenômeno de 'secagem crítica' em um substrato superhidrofóbico.

O professor Evans disse:"Esclarecer os fatores que controlam o ângulo de contato de um líquido em um substrato sólido é um problema científico de longa data pertinente à física, química e ciência dos materiais. O progresso tem sido prejudicado pela falta de uma compreensão abrangente e unificada da física das transições de fase de umedecimento e secagem. Nossos resultados mostram que o caráter dessas transições depende sensivelmente tanto da faixa de interações fluido-fluido e substrato-fluido quanto da temperatura. "

O professor Wilding acrescentou:"Nosso trabalho descobriu classes anteriormente não reconhecidas de diagramas de fase de superfície, aos quais pertencem a maioria dos estudos experimentais e de simulação de líquidos em contato com um substrato. Uma característica particularmente interessante refere-se à água perto de substratos superhidrofóbicos, onde se observa o fenômeno de` crítica secagem 'como θ → 180 °. Isso é sinalizado por flutuações de densidade divergentes que levam a propriedades estruturais ricas, incluindo arranjos fractais de bolhas de vapor perto do substrato. "