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El agua no puede tocar esta superficie lijada y empolvada

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¿Quieres una superficie que no se moje? Toma un poco de papel de lija.

Investigadores de la Universidad de Rice han desarrollado un método simple para hacer superficies superhidrofóbico — muy repelente al agua — sin los productos químicos que se utilizan a menudo en tales procesos.

Su técnica involucra papel de lija, una selección de polvos y algo de esfuerzo.

Los laboratorios de los profesores de Rice C. Fred Higgs III y gira de jamescoautores correspondientes de un artículo en la revista American Chemical Society Interfaces y materiales aplicados de ACS, demostró que lijar una superficie aumenta su capacidad para arrojar agua sin mojarse. Pero moler en polvo al mismo tiempo le da superpoderes hidrofóbicos.

Mejor aún, sus superficies superhidrofóbicas también tienen excelentes propiedades antihielo. Descubrieron que el agua tardaba 2,6 veces más en congelarse en las superficies tratadas que en los materiales no tratados. También notaron que el hielo perdió el 40% de su fuerza de adhesión, incluso en temperaturas tan bajas como -31 grados Fahrenheit.

Se puede medir qué tan bien una superficie absorbe o repele el agua analizando la Angulo de contacto de gotitas que se depositan allí. Para ser superhidrofóbico, un material debe tener un ángulo de contacto con el agua (el ángulo en el que la superficie del agua se encuentra con la superficie del material) mayor de 150 grados. Cuanto mayor sea el abalorio, mayor será el ángulo. Un ángulo de cero grados es un charco, mientras que un ángulo máximo de 180 grados es una esfera que apenas toca la superficie.

Los materiales hidrofóbicos tienen baja energía superficial y una superficie rugosa para lograr su super estado. Los mejores materiales del equipo de Rice mostraron un ángulo de contacto de unos 164 grados.

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Una ilustración muestra la técnica de lijado desarrollada en Rice para hacer que los materiales sean superhidrofóbicos. El método de un solo paso que involucra papel de lija y polvo también otorga a los materiales propiedades anticongelantes mejoradas. Ilustración de Weiyin Chen

Higgs, cuyo laboratorio se especializa en tribologíaestudia superficies en contacto deslizante, dijo que ciertos tipos de papel de lija pueden proporcionar una superficie rugosa que promueve el comportamiento hidrofóbico o repelente al agua deseado.

“Sin embargo, la idea del grupo Tour de introducir materiales en polvo seleccionados entre las superficies de fricción durante el proceso de lijado significa una tribofilm se forma”, dijo Higgs. “Eso le da la ventaja adicional de funcionalizar la superficie para repeler el agua cada vez más”.

Una tribopelícula se forma en una reacción química sobre superficies que se deslizan entre sí. Dijo que la superficie del pistón de un motor es un buen ejemplo.

Higgs dijo que el lijado vuelve ásperas las superficies más blandas y permite que los polvos se adhieran a través Van der Waals efectivo. “Estas fuerzas son máximas cuando las superficies entran en estrecho contacto”, dijo. “Por lo tanto, las partículas de polvo pueden adherirse incluso después de que se completa el proceso de lijado”.

Los cambios estructurales y la transferencia de masa y electrones parecen reducir la energía superficial de los materiales que, antes del tratamiento, ya eran levemente hidrofóbicos o hidrofílicos, según los investigadores.

El equipo de Rice aplicó la técnica en varias superficies (teflón, polietileno, polipropileno, poliestireno, cloruro de polivinilo y polidimetilsiloxano) con una variedad de aditivos en polvo. Estos incluidos grafeno inducido por láser fibra, turbostratica flash de grafeno, disulfuro de molibdeno, teflón y nitruro de boro. Se utilizaron varios papeles de lija de óxido de aluminio, de grano 180 a 2000.

Los materiales resistentes demostraron ser robustos, ya que ni el calentamiento a 130 grados Celsius (266 grados Fahrenheit) ni los 18 meses bajo el sol de Houston los degradaron. Pegar cinta transparente a la superficie y despegarla 100 veces tampoco las degradó. Pero incluso cuando los materiales comenzaron a fallar, los laboratorios descubrieron que volver a lijarlos podría restaurar fácilmente su hidrofobicidad.

El equipo también descubrió que al cambiar las condiciones de lijado y los aditivos en polvo, los materiales también pueden volverse hidrófilos o absorbentes de agua.

Tour dijo que simplificar la fabricación de materiales superhidrofóbicos y anticongelantes debería atraer el interés de la industria. “Es difícil hacer estos materiales”, dijo. “Las superficies superhidrofóbicas no permiten la acumulación de agua. El agua gotea y sale rodando si hay incluso el más mínimo ángulo o viento suave.

“Ahora, casi cualquier superficie se puede hacer superhidrofóbica en segundos”, dijo Tour. “Los polvos pueden ser tan simples como teflón o disulfuro de molibdeno, los cuales están fácilmente disponibles, o materiales de grafeno más nuevos. Muchas industrias podrían aprovechar esto, desde los constructores de aeronaves y embarcaciones hasta los rascacielos, donde la adherencia a la formación de hielo bajo es esencial”.

“Los fabricantes de aviones no quieren que se forme hielo en sus alas, los capitanes de los barcos no quieren que el arrastre del agua del océano los frene y los dispositivos biomédicos deben evitar la bioincrustación, donde las bacterias se acumulan en las superficies mojadas”, dijo Higgs. “Las superficies superhidrofóbicas robustas y duraderas producidas a partir de este método de lijado de un solo paso pueden aliviar muchos de estos problemas.

“Una limitación de otras técnicas para generar superficies hidrofóbicas es que no se amplían a grandes superficies como las de los aviones y los barcos”, dijo. “Las técnicas de aplicación simples como la desarrollada aquí deberían ser escalables”.

El estudiante graduado de Rice, Weiyin Chen, coautor principal del nuevo artículo, dijo que el laboratorio Tour también aplicó su técnica de lijado a varias superficies metálicas, incluidas láminas de litio y sodio para baterías de metal, como se informó en otro artículo reciente.

“Las reacciones químicas espontáneas provocan la formación de tribopelículas, en este caso, la interfase de electrolito sólido artificial”, dijo Chen. “Los metales modificados se pueden usar como ánodos para baterías de metal recargables”.

Fuente: Universidad de arroz






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