Um estudo recente de pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências redefine como os líquidos mantêm seu contato com superfícies sólidas – também conhecido como molhabilidade – de uma perspectiva de força intermolecular.
As descobertas foram publicadas na Nano Research em 8 de fevereiro.

A molhabilidade é relevante para o design de materiais porque determina como as camadas se unem. Diz o autor do estudo e professor Ye Tian, ​​do Key Laboratory of Bio-inspired Materials and Interfacial Science, que "desempenha um papel crucial em muitos campos, como a eficiência da reação catalítica, separação, materiais de eletrodos e o design de materiais biônicos inteligentes ." Por exemplo, camadas inteligentes que mudam seu contato dependendo da umidade podem ser usadas em roupas esportivas que se adaptam à umidade.

Modelos de molhabilidade

Alta molhabilidade significa que uma gota de líquido se espalha, criando um baixo ângulo de contato com a superfície, enquanto baixa molhabilidade descreve um líquido que resiste ao espalhamento. Classicamente, a molhabilidade, indicada pelo ângulo de contato, é caracterizada pela equação de Young, que modela uma superfície ideal e perfeitamente lisa. Se a gota de água se espalhar para um ângulo de contato inferior a 90 graus, a superfície é categorizada como hidrofílica ou amante da água. Se a gota de água faz um ângulo de contato superior a 90 graus, a superfície é categorizada como hidrofóbica.

No entanto, o modelo de Young tem limitações para explicar o comportamento observado de líquidos em contato com superfícies sólidas. Por exemplo, não pode explicar por que os ângulos de contato da água aumentam depois que as superfícies são rugosas, o que foi descrito em um modelo posterior de Wenzel e Cassie. Os autores do estudo, além disso, investigaram as interações de superfícies sólidas imersas em líquidos puros em um nível molecular para entender melhor como os limiares intrínsecos de umedecimento (IWTs) - os pontos em que os líquidos se espalham ou se espalham. Diz Tian "uma série de estudos descobriu que a atração hidrofóbica pode existir entre as superfícies apolares e a repulsão hidrofílica entre as superfícies polares na água, ou seja, os IWTs devem depender das forças intermoleculares".

Limiares de umedecimento intrínseco

Os pesquisadores experimentaram interações de sólidos compostos por camadas de uma molécula de espessura (monocamadas automontadas ou SAMs) em diferentes líquidos para observar como a molhabilidade afetava sua atração ou repulsão. Eles escolheram água, etilenoglicol (EG), dimetilsulfóxido (DMSA) e N,N-dimetilformamida (DMF) como líquidos de teste para representar uma variedade de tensões superficiais. Usando um microscópio de força atômica, eles mediram as curvas de força para as forças de adesão entre os SAMs em cada líquido. Os ângulos de contato foram avaliados para gotas de 1 μL de cada líquido usando um Contact Angle System, um dispositivo que mede analisa a forma da gota e o ângulo de contato com o sólido.

Os resultados mostraram que para a água, o limiar de molhamento intrínseco (IWT) ocorreu em um ângulo de contato de 65° com o sólido, e não os 90° previstos pela equação de Young. Em outras palavras, 65° foi o ponto de interface entre o comportamento hidrofílico e hidrofóbico, que tem a ver com diferenças nas redes de ligações de hidrogênio da água em ambos os lados do limiar. Além disso, eles encontraram diferenças nas forças de adesão entre a camada de água e as superfícies duras (SAMs) com a transição em um ângulo de contato de aproximadamente 65°. Explica Tian, ​​"confirmamos que o IWT para água pura é de cerca de 65° do ponto de vista das forças de interação entre SAMs simétricos".

Os outros líquidos orgânicos não possuem ligações de hidrogênio, mas ainda assim os IWTs foram obtidos observando as mudanças nas forças de adesão entre as superfícies duras (SAMs) juntamente com os ângulos de contato. Os resultados forneceram "uma nova curva dos IWTs, distinta do valor definido pela equação de Young, que pode ser usada para pré-julgar os IWTs para líquidos puros com tensões superficiais conhecidas".

Próximas etapas

Os pesquisadores planejam continuar a estudar os mecanismos de molhagem em nível molecular, dadas as aplicações significativas para o design de materiais funcionais. Tendo redefinido os IWTs em relação à equação histórica de Young, eles esperam "fornecer uma nova perspectiva para entender as relações entre molhabilidade e força intermolecular", prevê Tian. + Explorar mais

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