La superficie più idrorepellente mai vista

AGI - Una squadra di ricercatori, guidata da Robin Ras, della Aalto University, ha sviluppato un nuovo meccanismo per far scivolare le gocce d'acqua dalle superfici. La scoperta, descritta in un articolo pubblicato su Nature Chemistry, sfida le idee esistenti sull'attrito tra superfici solide e acqua e apre una nuova strada per studiare la scivolosità delle goccioline a livello molecolare. La nuova tecnica ha applicazioni in una vasta gamma di campi, tra cui l'idraulica, l'ottica e l'industria automobilistica e marittima.

Come funziona il sistema

L'acqua interagisce sempre con le superfici solide. La cucina, i trasporti, l'ottica e centinaia di altre tecnologie sono influenzate dal modo in cui l'acqua si attacca alle superfici o scivola via da esse. La comprensione della dinamica molecolare di queste microscopiche goccioline può aiutare scienziati e ingegneri a trovare il modo di migliorare molte tecnologie domestiche e industriali.

Quelle simil-liquide sono un nuovo tipo di superfici repellenti alle gocce d'acqua che offrono molti vantaggi tecnici rispetto agli approcci tradizionali. Si tratta di strati molecolari altamente mobili ma legati covalentemente al substrato, che conferiscono alle superfici solide una qualita' simile a quella di un liquido, che agisce come uno strato di lubrificante tra le gocce d'acqua e la superficie stessa.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato un reattore appositamente progettato per creare uno strato liquido di molecole, chiamato monostrato autoassemblato o SAM, su una superficie di silicio.

Le analisi degli esperti

"È la prima volta che qualcuno si spinge direttamente al piano nanometrico per creare superfici molecolarmente eterogenee", ha detto Sakari Lepikko, dottorando e autore principale dello studio. Regolando attentamente le condizioni, come la temperatura e il contenuto d'acqua all'interno del reattore, la squadra di scienziati ha potuto regolare con precisione la quantità della superficie di silicio coperta dal monostrato.

"Trovo molto interessante il fatto che, integrando il reattore con un ellissometro, possiamo osservare la crescita dei monostrati auto-assemblati con un livello di dettaglio straordinario", ha dichiarato Ras. I risultati hanno mostrato una maggiore scivolosità quando la copertura di SAM era bassa o alta, che sono anche le situazioni in cui la superficie è più' omogenea.

"A bassa copertura, la superficie di silicio è il componente più prevalente, mentre ad alta copertura, i SAM sono i più diffusi", ha spiegato Ras. "È stato inaspettato il fatto che anche una bassa copertura producesse un'eccezionale scivolosità", ha aggiunto Lepikko. "A bassa copertura, l'acqua si trasforma in una pellicola che ricopre la superficie; inizialmente si pensava che questa potesse aumentare l'attrito", ha affermato Lepikko.

"Abbiamo scoperto che, invece, a bassa copertura, l'acqua scorre liberamente tra le molecole del SAM, scivolando via dalla superficie; quando invece la copertura del SAM è elevata, l'acqua rimane in cima al SAM e scivola via altrettanto facilmente", ha proseguito Lepikko. "È solo tra questi due stati che l'acqua aderisce ai SAM e si attacca alla superficie", ha precisato Lepikko.

Il nuovo metodo si è rivelato eccezionalmente efficace: la squadra di ricerca ha creato la superficie liquida più scivolosa al mondo. Antiappannamento, antighiaccio, autopulente. La scoperta promette di avere implicazioni ovunque siano necessarie superfici repellenti alle gocce. Secondo Lepikko, la scoperta coinvolge centinaia di esempi, dalla vita quotidiana alle soluzioni industriali.

"I potenziali impieghi sono il trasferimento di calore nelle tubature, lo sbrinamento e l'antiappannamento; inoltre, sarà utile nella microfluidica, dove le minuscole goccioline devono essere spostate senza problemi, e nella creazione di superfici autopulenti", ha sostenuto Lepikko.

"Il nostro meccanismo controintuitivo è un nuovo modo per aumentare la mobilità delle gocce ovunque sia necessaria", ha sottolineato Lepikko. In futuro, gli scienziati intendono approfondire l'argomento e sperimentare ulteriormente la configurazione del monostrato auto assemblante, al fine di migliorare lo strato stesso.

Lepikko è particolarmente entusiasta delle informazioni che questo lavoro ha fornito per le innovazioni future. "Il problema principale di un rivestimento SAM è che è molto sottile e quindi si disperde facilmente dopo il contatto fisico, ma studiarli ci fornisce conoscenze scientifiche fondamentali, che possiamo utilizzare per creare applicazioni pratiche durature".