Pesquisadores da Universidade de Sydney observaram moléculas de óleo retendo suas propriedades “semelhantes a líquidos” quando estão quimicamente ligadas como uma camada extremamente fina a superfícies sólidas, abrindo novas possibilidades para projetar materiais sustentáveis ​​com características antiaderentes.



As descobertas foram publicadas na revista Angewandte Chemie Isaac Gresham com os co-autores Professora Chiara Neto e homenageia o aluno Seamus Lilley da Escola de Química e Sydney Nano, Dr. Dispersão de nêutrons.

Os revestimentos 'semelhantes a líquidos' que a equipe estudou, conhecidos como superfícies líquidas escorregadias covalentemente anexadas (SCALS), são produzidos a partir de silicones ou polietilenoglicol - ambos os quais se decompõem em subprodutos inofensivos no meio ambiente.

SCALS são antiadesivos sem depender de polímeros perfluorados problemáticos (PFAS), conhecidos como “produtos químicos eternos”, que geralmente são usados ​​por suas propriedades de baixa adesão.

"Essas camadas semelhantes a líquidos são extremamente escorregadias para a maioria dos contaminantes:liberam gotículas de líquido sem esforço, o que é ótimo para aumentar a eficiência da transferência de calor e para coletar água, evitam o acúmulo de incrustações e resistem à adesão de gelo e bactérias, trazendo-nos um passo mais perto de um mundo autolimpante", disse o professor Neto, que lidera o Laboratório de Nano-Interfaces da Universidade de Sydney.

"Podemos correlacionar o desempenho excepcional dessas camadas com sua nanoestrutura - o que significa que agora sabemos o que pretendemos quando projetamos superfícies escorregadias, o que nos permite torná-las ainda mais eficazes e fornecer alternativas viáveis ​​aos revestimentos fluorados."

As camadas nanofinas e escorregadias, entre dois e cinco bilionésimos de metro de espessura ou 10.000 vezes mais finas que um fio de cabelo humano, são compostas de moléculas de óleo com apenas cem átomos de comprimento.

“Uma gota de água desliza sem atrito sobre uma espessa película de óleo, mas se você remover completamente a película de óleo, por exemplo, usando sabão, a maioria das gotas de água irá aderir a superfícies sólidas”, disse o professor Neto.

"Quão fina pode ser a camada de óleo em uma superfície sólida antes de não ser mais 'semelhante a um líquido'? Em nanoescala, a definição de líquido torna-se um tanto escorregadia."

Para desvendar os segredos dos seus revestimentos líquidos ultrafinos, a equipa utilizou duas técnicas para “ver” as camadas superficiais.

A primeira técnica é a espectroscopia de força de molécula única, que mede o comprimento de moléculas individuais e a força necessária para esticá-las ou comprimi-las.

A segunda é a reflectometria de nêutrons, que permite aos cientistas medir o comprimento e a densidade de enxerto das moléculas.

“Descobrimos que se as moléculas líquidas fossem muito curtas e esparsamente enxertadas na superfície sólida, elas não cobriam adequadamente a superfície sólida subjacente e permaneciam pegajosas”, disse o professor Neto.

“Por outro lado, se as moléculas fossem muito longas ou enxertadas com muita densidade, não teriam flexibilidade suficiente para agir como um líquido.

"Para que o SCALS fosse eficaz, eles precisavam estar em uma zona Cachinhos Dourados, onde não fossem nem muito curtos nem muito longos, nem muito soltos ou muito apertados."

Para mostrar definitivamente que as propriedades excepcionais destas camadas se devem ao seu estado “semelhante a líquido”, a equipa mediu a velocidade com que uma pequena molécula sonda se difundiu no interior da camada.

As moléculas podem difundir-se através de líquidos, mas não através de sólidos. O professor Neto disse que a difusão molecular mais rápida foi observada na zona Cachinhos Dourados, onde as moléculas do óleo têm o comprimento certo e são enxertadas com densidade moderada.

Mais informações: Isaac Gresham et al, Nanoestrutura explica o comportamento de superfícies líquidas escorregadias covalentemente anexadas, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202308008
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional , Angewandte Chemie

Fornecido pela Universidade de Sydney