p Em muitas situações, os engenheiros desejam minimizar o contato de gotículas de água ou outros líquidos com as superfícies sobre as quais caem. Quer o objetivo seja impedir que o gelo se acumule na asa de um avião ou na lâmina de uma turbina eólica, ou prevenir a perda de calor de uma superfície durante a chuva, ou prevenir o acúmulo de sal em superfícies expostas aos respingos do oceano, fazer as gotas ricochetearem o mais rápido possível e minimizar a quantidade de contato com a superfície pode ser a chave para manter os sistemas funcionando corretamente. p Agora, um estudo realizado por pesquisadores do MIT demonstra uma nova abordagem para minimizar o contato entre as gotas e as superfícies. Enquanto tentativas anteriores, inclusive por membros da mesma equipe, se concentraram em minimizar a quantidade de tempo que a gota passa em contato com a superfície, o novo método, em vez disso, concentra-se na extensão espacial do contato, tentando minimizar o quão longe uma gota se espalha antes de ricochetear.

p As novas descobertas são descritas no jornal ACS Nano em um artigo do estudante graduado do MIT Henri-Louis Girard, pós-doutorado Dan Soto, e professor de engenharia mecânica Kripa Varanasi. A chave do processo, eles explicam, está criando uma série de formas de anel em relevo na superfície do material, que faz com que a gota que cai espirrar para cima em um padrão em forma de tigela, em vez de fluir para fora plana pela superfície.

p O trabalho é um acompanhamento de um projeto anterior de Varanasi e sua equipe, em que eles foram capazes de reduzir o tempo de contato das gotículas em uma superfície, criando cristas elevadas na superfície, que interrompeu o padrão de propagação de gotas impactantes. Mas o novo trabalho vai além, alcançando uma redução muito maior na combinação de tempo de contato e área de contato de uma gota.

p A fim de evitar a formação de gelo na asa de um avião, por exemplo, é essencial fazer com que as gotas da água impactante reflitam em menos tempo do que leva para a água congelar. A superfície estriada anterior conseguiu reduzir o tempo de contato, mas Varanasi diz "desde então, descobrimos que há outra coisa em jogo aqui, "que é a distância que a gota se espalha antes de ricochetear e rebater." A redução da área de contato da gota impactante também deve ter um impacto dramático nas propriedades de transferência da interação, "Varanasi diz.

p A equipe iniciou uma série de experimentos que demonstraram que anéis levantados do tamanho certo, cobrindo a superfície, faria com que a água que se espalha a partir de uma gota impactante espirrar para cima em vez disso, formando um respingo em forma de tigela, e que o ângulo desse respingo para cima poderia ser controlado ajustando a altura e o perfil desses anéis. Se os anéis forem muito grandes ou muito pequenos em comparação com o tamanho das gotas, o sistema se torna menos eficaz ou não funciona, mas quando o tamanho está certo, o efeito é dramático.

p Acontece que a redução do tempo de contato por si só não é suficiente para atingir a maior redução no contato; é a combinação do tempo e da área de contato que é crítica. Em um gráfico do tempo de contato em um eixo, e a área de contato no outro eixo, o que realmente importa é a área total sob a curva, ou seja, o produto do tempo e a extensão do contato. A área de divulgação foi "foi outro eixo que ninguém tocou" em pesquisas anteriores, Girard diz. "Quando começamos a fazer isso, vimos uma reação drástica, "reduzindo o tempo total e a área de contato da gota em 90 por cento." A ideia de reduzir a área de contato formando 'recipientes de água' tem um efeito muito maior na redução da interação geral do que reduzindo apenas o tempo de contato, "Varanasi diz.

p Conforme a gota começa a se espalhar dentro do círculo elevado, assim que atinge a borda do círculo, começa a desviar. "Seu impulso é redirecionado para cima, "Girard diz, e embora acabe se espalhando tanto quanto seria de outra forma, não está mais na superfície, e, portanto, não resfriar a superfície, ou levando à cobertura, ou bloqueando os poros de um tecido "à prova d'água".

p Os próprios anéis podem ser feitos de diferentes maneiras e com diferentes materiais, dizem os pesquisadores - o que importa é apenas o tamanho e o espaçamento. Para alguns testes, eles usaram anéis 3D impressos em um substrato, e para outros usaram uma superfície com um padrão criado por meio de um processo de gravação semelhante ao usado na fabricação de microchip. Outros anéis foram feitos por meio de fresagem de plástico controlada por computador.

p Embora impactos de gotículas de alta velocidade geralmente possam ser mais prejudiciais para a superfície, com este sistema, as velocidades mais altas realmente melhoram a eficácia do redirecionamento, limpando ainda mais do líquido do que em velocidades mais lentas. Isso é uma boa notícia para aplicações práticas, por exemplo, ao lidar com a chuva, que tem velocidade relativamente alta, Girard diz. "Na verdade, funciona melhor quanto mais rápido você vai, " ele diz.

p Além de manter o gelo longe das asas do avião, o novo sistema pode ter uma ampla variedade de aplicações, dizem os pesquisadores. Por exemplo, tecidos "impermeáveis" podem ficar saturados e começar a vazar quando a água preencher os espaços entre as fibras, mas quando tratado com os anéis de superfície, tecidos mantiveram sua capacidade de derramar água por mais tempo, e teve melhor desempenho geral, Girard diz. "Houve uma melhoria de 50 por cento com o uso das estruturas em anel, " ele diz.