Imagine permanecer seco bajo el agua durante meses. Ahora los ingenieros de la Universidad Northwestern han examinado una amplia variedad de superficies que pueden hacer exactamente eso, y, mejor aún, saben por qué.
El equipo de investigación es el primero en identificar la "rugosidad" ideal necesaria en la textura de una superficie para mantenerla seca durante un largo período de tiempo cuando está sumergida en agua. Los valles en la rugosidad de la superficie generalmente deben ser menos de unoMicron de ancho, encontraron los investigadores. Eso es realmente pequeño, menos de una millonésima parte de un metro, pero estos valles nanoscópicos tienen un impacto macroscópico.
Comprender cómo las superficies desvían el agua tan bien significa que la característica valiosa podría reproducirse en otros materiales a gran escala, lo que podría ahorrar miles de millones de dólares en una variedad de industrias, desde superficies antiincrustantes para el envío hasta recubrimientos de tuberías, lo que da como resultado una menor resistencia.ciencia e ingeniería, no casualidad, en el trabajo en beneficio de la economía.
"El truco consiste en utilizar superficies rugosas de la química y el tamaño correctos para promover la formación de vapor, que podemos utilizar para nuestro beneficio", dijo Neelesh A. Patankar, un ingeniero mecánico teórico que dirigió la investigación.
"Cuando los valles tienen menos de una micra de ancho, se acumulan bolsas de vapor de agua o gas por evaporación o efervescencia bajo el agua, al igual que una gota de agua se evapora sin tener que hervirla. Estas bolsas de gas desvían el agua, manteniendo la superficieseco ", dijo.
En un estudio publicado hoy 18 de agosto por la revista Informes científicos , Patankar y sus coautores explican y demuestran la mecánica a nanoescala detrás del fenómeno de permanecer seco bajo el agua.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron una variedad de materiales con y sin la rugosidad de la superficie clave y los sumergieron en agua. Las muestras con la rugosidad a nanoescala permanecieron secas durante hasta cuatro meses, la duración del experimento. Se colocaron otras muestras enambientes hostiles, donde el gas disuelto se eliminó del líquido ambiental y también permanecieron secos.
"Fue increíble y lo que esperábamos", dijo Patankar, profesor de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick. "A mi laboratorio le gusta desafiar la experiencia normal. En este trabajo, buscamos propiedades quemanipular los cambios en la fase del agua que conocemos "
Los investigadores también informan que la naturaleza usa la misma estrategia de rugosidad de la superficie en ciertos insectos acuáticos, como insectos de agua y zancudas. Los pelos pequeños en las superficies de su cuerpo tienen un espacio de menos de una micra, lo que permite que el gasser retenido entre los pelos
"Estos insectos que retienen gases tienen propiedades de superficie consistentes con nuestras predicciones, lo que les permite permanecer secos durante mucho tiempo", dijo Paul R. Jones, primer autor del estudio. Es estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Patankar.
Los investigadores se centraron en la estructura nanoscópica de las superficies, que, a nanoescala, son algo similares a la textura de una alfombra, con pequeñas elevaciones en forma de espiga separadas por poros en forma de valle en el medio.
Cuando está sumergido, el agua tiende a adherirse a la parte superior de las puntas, mientras que el aire y el vapor de agua se acumulan en los poros entre ellos. La combinación de aire atrapado y vapor de agua dentro de estas cavidades forma una capa gaseosa que impide que la humedad se filtre en lasuperficie debajo.
"Cuando miramos las superficies rugosas bajo el microscopio, pudimos ver claramente los espacios vacíos, donde está el vapor de agua protector", dijo Patankar.
Históricamente, los científicos no habían entendido cómo evitar que el vapor de agua sucumbiera a la condensación dentro del poro, lo que puede causar que el agua humedezca la superficie. Pero el equipo del Noroeste encontró la clave molecular: demostraron que cuando los valles tienen menos de una micrade ancho, pueden sostener el aire atrapado y el vapor en sus estados gasificados, fortaleciendo el sello que impide la humedad.
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Materiales proporcionados por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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