Los recubrimientos superhidrofóbicos convencionales que repelen los líquidos al atrapar el aire dentro de los bolsillos de la superficie microscópica tienden a perder sus propiedades cuando los líquidos son forzados a esos bolsillos. En este trabajo, se fabricaron superficies extremadamente repelentes al agua o superhidrofóbicas que pueden soportar presiones 10 veces mayoresque la presión promedio que experimentaría una superficie descansando en una habitación. Las superficies resisten la infiltración de líquido en los bolsillos a nanoescala.
La medida en que los recubrimientos superhidrofóbicos con textura de tamaño nanométrico pueden soportar presiones elevadas está determinada en gran medida por la geometría de la textura. Este trabajo muestra que al ajustar cuidadosamente la geometría a nanoescala, se obtienen ganancias sustanciales en la durabilidad y aplicabilidad de estas estructuras parase podrían realizar paneles solares, recubrimientos altamente resistentes, de autocuración y aplicaciones anticongelantes.
Los recubrimientos superhidrofóbicos repelen los líquidos al atrapar el aire dentro de las texturas microscópicas de la superficie. Sin embargo, la interfaz compuesta resultante es propensa a colapsarse bajo presión externa. Las texturas de tamaño nanométrico deberían facilitar recubrimientos más resistentes debido a la geometría y los efectos de confinamiento en la nanoescala. Este estudio utilizadifracción de rayos X in situ para investigar hasta qué punto el estado superhidrofóbico en conjuntos de texturas de silicio de ~ 20 nanómetros de ancho con características cilíndricas, cónicas y lineales persiste bajo presión.
La investigación reveló que los límites superiores del estado superhidrofóbico se alcanzan cuando la presión del líquido se eleva por encima de un valor crítico, que depende de la forma y el tamaño de la textura. Esta infiltración se modela cuantitativamente teniendo en cuenta la geometría real de la textura y macroscópicateoría capilar. Otro hallazgo importante es que la infiltración es irreversible para todas las texturas, excepto las superficies cónicas, que exhiben una reaparición espontánea y parcial de la fase gaseosa atrapada tras la despresurización del líquido. Este fenómeno parece estar influenciado por la cinética del intercambio gas-líquidoEstos resultados tienen profundas implicaciones para la comprensión y el diseño de sistemas multifásicos líquido / vapor nanométricos, incluidos los recubrimientos superhidrofóbicos más efectivos.
Esta investigación es respaldada por el Departamento de Energía de los EE. UU., La Oficina de Ciencias, Ciencias Básicas de Energía en la División de Ciencias e Ingeniería de Materiales y en el Centro de Nanomateriales Funcionales bajo el Contrato No. DE AC02 98CH10886. Se reconoce el apoyo financiero de la Unión Europeaa través del Séptimo Programa Marco Internacional Programa de Intercambio de Personal de Investigación Marie-Curie Grant No. PIRSES-GA-2010-269181.
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Materiales proporcionado por Departamento de Energía, Oficina de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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