Descubierto el material más repelente al agua del mundo

Los científicos han desarrollado lo que denominan la superficie más hidrófoba de la historia

¿Alguna vez has visto cómo las gotas de agua resbalan sobre las plumas de un pato? Estas aves cubren sus plumas con una sustancia aceitosa parecida a la cera que segregan en una glándula situada cerca de la cola. Algunas especies pasan una cuarta parte de su día acicalando de esta forma sus plumas para mantenerse secos, calientes y a flote.

La capacidad de repeler el agua es importante para muchos materiales, sobre todo en las industrias automovilística, náutica y aeroespacial. Muchas superficies superhidrofóbicas funcionan atrapando una capa de aire o líquido que hace que el agua que cae sobre ellas se aglomere en gotas y ruede con más facilidad. Pero en este caso, se trata de una tecnología emergente crea lo que se denominan superficies similares a los líquidos (LLS), que tienen capas de moléculas muy móviles que actúan como líquidos pero están unidas a los sustratos para que no se escapen. El resultado final es como una superficie lubricada por la que se desliza el agua.

En el nuevo estudio, científicos de la Universidad Aalto de Finlandia desarrollaron un nuevo LLS a partir de moléculas denominadas monocapas autoensambladas (SAM) que recubren un sustrato de silicio. Mediante el ajuste de condiciones como la temperatura y el contenido de agua en el reactor durante la producción, el equipo pudo controlar la cantidad de silicio que cubrían las SAM.

Cuando las SAM cubrían gran parte de la superficie, ésta se volvía superhidrofóbica, lo que hacía que el agua formara gotas y rodara, como en la espalda de los patos. Esto era de esperar, pero para sorpresa de los investigadores, una baja cobertura de SAM también hacía que la superficie fuera resbaladiza. Y lo hacía sin la formación de gotas de agua, que durante mucho tiempo se ha considerado necesaria para la superhidrofobicidad.

Según Sakari Lepikko, autora principal del estudio, «resultaba contraintuitivo que incluso una cobertura baja produjera una resbaladicidad excepcional». «Descubrimos que, en cambio, el agua fluye libremente entre las moléculas de la SAM cuando la cobertura de la SAM es baja, deslizándose por la superficie. Y cuando la cobertura de SAM es alta, el agua permanece en la parte superior de la SAM y se desliza con la misma facilidad. Sólo entre estos dos estados el agua se adhiere a las SAM y se pega a la superficie».

El equipo afirma que algunas versiones de sus superficies SAM son los materiales más repelentes al agua de los que se tiene constancia: las superficies superhidrofóbicas suelen presentar ángulos de deslizamiento (el ángulo en el que hay que inclinar la superficie para que el agua se deslice) tan bajos como 5°. Sin embargo, según el equipo de Aalto, el suyo puede ser de 0,01°, lo que significa que el agua se desliza por cualquier superficie que no esté perfectamente nivelada.

La medida más común de la hidrofobicidad es el ángulo de contacto, que viene dado por la curva pronunciada que forman las gotas de agua en la superficie. Pero es difícil aplicar esa medida en este caso, ya que las superficies SAM permiten que el agua se extienda formando una película, pero sigue rodando con facilidad.

A pesar de lo intrigante del recubrimiento SAM, los investigadores reconocen que sigue siendo bastante fino y se dispersa con facilidad. Pero tienen previsto seguir trabajando para mejorarlo, de modo que con el tiempo pueda ser útil en una serie de casos de uso industrial.

«La transferencia de calor en tuberías, la descongelación y el antivaho son usos potenciales», explica Lepikko. «También será útil en microfluidos, donde las gotas diminutas deben desplazarse con suavidad, y en la creación de superficies autolimpiables. Nuestro mecanismo contraintuitivo es una nueva forma de aumentar la movilidad de las gotas allí donde se necesite».

RERERENCIA

Droplet slipperiness despite surface heterogeneity at molecular scale