Material super-hidrofóbico repele água em velocidade recorde

[Romildo de Paula Leite]

Em cima, a gota de água bate cai sobre uma folha de lótus, vista de cima e de perfil. Embaixo, a gota cai sobre o novo material super-hidrofóbico, esfacelando-se e saltando rapidamente. [Imagem: James Bird/Varanasi Lab]

Super-hidrofobicidade

Inspirados em folhas de plantas e asas de borboletas, engenheiros criaram uma superfície que eles chamam de "material mais à prova d'água do mundo".

Na verdade, trata-se do material que repele água mais rapidamente que qualquer outro que se tenha notícia.

A técnica usada para criar a superfície super-hidrofóbica poderá ser empregada em inúmeras aplicações, de roupas ultra-impermeáveis a turbinas de aviões que não congelem em baixas temperaturas.

A criação de "folhas de lótus artificiais" tem-se baseado fundamentalmente na produção de texturas em micro e nano escalas sobre a superfície, diminuindo a área de contato da água com o material.

James Bird e seus colegas do MIT, nos Estados Unidos, fizeram algo de certa forma bem mais simples.

Eles acrescentaram linhas a uma superfície de silicone, imitando estruturas encontradas na natureza, mais especificamente nas asas das borboletas do gênero Morpho e nas folhas das plantas do gênero Tropaeolum (como as plantas cinco-chagas).

A simples presença de duas ranhuras paralelas faz com que a água rebata a uma velocidade 40% maior do que a registrada na folha de lótus.

Teoricamente, quanto mais rápido a água rebate em um material, mais seco ele fica, embora os testes dos pesquisadores tenham se concentrado no primeiro impacto, com as gotas sempre caindo a uma velocidade determinada - para que a superfície fique realmente seca será necessário analisar o espalhamento da água depois que a energia do impacto se dissipou.

"O tempo que a gota permanece em contato com a superfície é importante, porque ele controla a troca de massa, momento e energia entre a gota e a superfície. Se você puder fazer as gotas saltarem mais rápido, isso pode ter muitas vantagens," explica o professor Kripa Varanasi, orientador da equipe.

Aqui a água se espalhando sobre a asa de uma borboleta, que possui não apenas duas ranhuras, mas várias delas se entrecruzando. [Imagem: Kripa K. Varanasi]

Repelente à água

Os pesquisadores filmaram gotas de água batendo na superfície de vários materiais, inclusive no seu material artificial, e mediram o tempo que demora para as gotas saltarem de volta.

Nas folhas de lótus, a água "cai como uma panqueca", segundo os cientistas, primeiro se fragmentando em diversas partes e depois se reagrupando novamente em uma grande gota simétrica.

No novo material, a superfície de contato da água com a superfície é maior, mas as gotas se fragmentam mais rapidamente e em partes assimétricas, criando um chuveiro de pequenas gotículas que se espalham para todos os lados.

Os pesquisadores acreditam que é possível aperfeiçoar ainda mais o material, reduzindo em 70% a 80% o tempo de contato da água com a superfície.

Isso porque eles usaram linhas simples, quando as asas das borboletas e as folhas contêm inúmeras linhas que se cruzam, ampliando o efeito.

"O desafio agora é a durabilidade", disse Varanasi. "A maioria dos materiais super-hidrofóbicos são polímeros frágeis - eles não resistem ao atrito ou altas temperaturas. Mas combinações destas texturas com materiais mais fortes, como metais e cerâmicas, podem nos levar a superar esses defeitos."

Bibliografia:

Reducing the contact time of a bouncing drop
James C. Bird, Rajeev Dhiman, Hyuk-Min Kwon, Kripa K. Varanasi
Nature
Vol.: 503, 385-388
DOI: 10.1038/nature12740

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