Materiale super idrofobo 30.01.2015

Il loto è considerato un simbolo di purezza: crescendo nell'acqua sporca di palude, nascono fiori straordinariamente belli e puri. Sembrerebbe che cosa può esserci in comune tra il simbolo della purezza e la fisica? Si scopre che c'è una cosa comune, e questo è chiamato il termine scientifico: le proprietà idrofobiche della superficie. Se la superficie è idrofila, l'acqua può facilmente diffondersi su di essa e formare una pellicola uniforme (un esempio di tale superficie è il vetro). Ma se versi alcune gocce d'acqua su una padella di teflon, non si attaccheranno alla superficie e, se la inclini di una certa angolazione, le gocce inizieranno a rotolare: questo è un esempio di superficie idrofobica.

Le foglie di loto sono una superficie superidrofobica naturale, non si bagna in acqua, ma le gocce rotolano via da essa, portando con sé polvere e particelle di sporco, pulendo le piante. Le foglie di loto sono una superficie superidrofobica naturale, non si bagna in acqua, ma le gocce rotolano via da essa, portando con sé polvere e particelle di sporco, pulendo le piante.

E c'è anche una proprietà come la superidrofobicità. Su tali superfici, le gocce d'acqua non possono fissarsi affatto e iniziano a rotolare via con angoli di inclinazione molto piccoli. Ad esempio, le gocce di rugiada sull'erba hanno una forma sferica, la superficie sembra respingere l'acqua, impedendo che si bagni. Le foglie di loto sono l'esempio più bello della superficie superidrofobica della natura. Il segreto sta nella microstruttura delle foglie, non solo respingono l'acqua, ma contribuiscono anche all'autopurificazione della pianta. Gocce d'acqua, rotolando giù dalla superficie della foglia, portano via particelle di polvere e sporco, lasciando il fiore perfettamente pulito. A proposito, le ali delle farfalle e di altri insetti hanno la stessa proprietà, altrimenti semplicemente non sarebbero in grado di volare sotto il peso della polvere aderente.

L'uomo ha imparato a realizzare superfici artificiali idrofobiche che non sono in alcun modo bagnate dall'acqua. Ma due fisici dell'Università di Rochester, Anatoly Vorobyov e Chan-Li Guo, sono andati oltre e sono stati in grado di creare un materiale da cui le gocce d'acqua rimbalzano come una pallina da tennis contro un muro. Sarebbe più corretto dire che hanno escogitato un metodo con cui una proprietà così unica può essere data a materiali diversi. Come hanno fatto?

Per trattare la superficie, i ricercatori avevano bisogno di un potente laser zaffiro che generasse brevi impulsi di femtosecondi. Dopo aver focalizzato il raggio laser sulla superficie metallica, sulla sua superficie sono state applicate scanalature parallele larghe circa 100 µm e profonde 75 µm. Questa dimensione è paragonabile allo spessore di un capello umano. Sulla superficie nervata risultante, che ricorda in qualche modo un letto di patate con la collina, si sono formate nanostrutture ancora più piccole, che hanno reso "ruvidi" i solchi e i solchi. Gli sperimentatori hanno impiegato circa un'ora per elaborare una lastra di metallo di 2,5 x 2,5 cm con un laser.

Il risultato è un materiale straordinario. Per i loro esperimenti, i fisici hanno preso tre lastre di metallo fatte di platino, titanio e ottone. Dopo la lavorazione, la superficie metallica lucida è diventata completamente nera e ha smesso di riflettere la luce. Ma la scoperta più impressionante è stata fatta quando l'acqua è stata fatta cadere su una tale piastra modificata con il laser: la goccia che cadeva semplicemente rimbalzava su di essa. La superficie si è rivelata così idrorepellente che una goccia caduta su di essa è stata in grado di risparmiare fino a un terzo della sua energia cinetica e di rimbalzare. Naturalmente, la piastra metallica stessa è rimasta assolutamente asciutta. Per testare le proprietà autopulenti del materiale creato, i ricercatori hanno applicato su di esso uno strato di polvere prelevato da un aspirapolvere convenzionale. Successivamente, l'acqua normale ha iniziato a gocciolare sulla superficie: ogni goccia di polvere "incollata" si frammenta su se stessa, portandoli con sé. E il materiale stesso è rimasto nella sua purezza originale, non peggio di un bellissimo fiore di loto.

Le gocce che saltano su un aereo sono, ovviamente, belle e interessanti, ma come può essere utile tale materiale? Il fiore di loto si è rivelato non solo un simbolo di purezza, ma ha anche aiutato le persone di scienza a capire come rendere il nostro mondo un po' migliore. Prima di tutto, le superfici autopulenti aiuteranno a risparmiare acqua. Questo è molto importante quando conta ogni litro d'acqua. Inoltre, tali materiali possono avere proprietà antigelo: la formazione di ghiaccio sui controlli dell'aeromobile è irta di conseguenze molto tristi. Le superfici superidrofobiche saranno più resistenti alle muffe e ad altri microrganismi. La proprietà che la superficie del metallo diventi assolutamente nera può essere utile per l'assorbimento efficiente dell'energia solare.