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Os pesquisadores criam o revestimento ultraescorregadio fazendo uma estrutura de vidro semelhante a um favo de mel com crateras (à esquerda) e revestindo-a com uma substância química semelhante ao Teflon (roxo) que se liga às células do favo de mel para formar uma película líquida estável. Esse filme repele gotículas de água e líquidos oleosos (à direita). Por ser um líquido, ele flui, o que ajuda o revestimento a se reparar quando danificado. Crédito: Nicolas Vogel
Usando uma estrutura de vidro semelhante a um favo de mel revestida com um produto químico semelhante ao Teflon, uma equipe de pesquisadores criou um “supervidro” que pode levar a janelas, lentes e painéis solares autolimpantes e resistentes a arranhões.
Um novo revestimento transparente e bioinspirado torna o vidro comum resistente, autolimpante e incrivelmente escorregadio, uma equipe da Universidade de Harvard relatou online em 31 de julho na Nature Communications.
O novo revestimento poderia ser usado para criar lentes duráveis e resistentes a arranhões para óculos, janelas autolimpantes, painéis solares aprimorados e novos dispositivos de diagnóstico médico, disse a pesquisadora principal Joanna Aizenberg, professora Amy Smith Berylson de Ciência de Materiais na Escola de Harvard. de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS), membro do corpo docente do Wyss Institute for Biologicamente Inspired Engineering e professor de química e biologia química.
O novo revestimento baseia-se em uma tecnologia premiada lançada por Aizenberg e sua equipe, chamada Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces (SLIPS) – a superfície sintética mais escorregadia conhecida. O novo revestimento é igualmente escorregadio, mas muito mais durável e totalmente transparente. Juntos, esses avanços resolvem desafios de longa data na criação de materiais comercialmente úteis que repelem quase tudo.
As células minúsculas e compactas da estrutura em favo de mel, mostradas aqui nesta micrografia eletrônica, tornam o revestimento SLIPS altamente durável. Crédito: Nicolas Vogel
SLIPS foi inspirado na estratégia engenhosa da planta carnívora, que atrai insetos para a superfície ultraescorregadia de suas folhas, onde eles deslizam para sua destruição. Ao contrário dos materiais anteriores que repelem a água, o SLIPS repele óleo e líquidos pegajosos como o mel, e também resiste à formação de gelo e a biofilmes bacterianos.
Embora o SLIPS tenha sido um avanço importante, foi também “uma prova de princípio” – o primeiro passo em direção a uma tecnologia comercialmente valiosa, disse o autor principal Nicolas Vogel, pós-doutorado em física aplicada no SEAS.
“O SLIPS repele líquidos oleosos e aquosos, mas é caro de fabricar e não é transparente”, disse Vogel.
Os materiais SLIPS originais também precisam ser fixados de alguma forma às superfícies existentes, o que muitas vezes é difícil.
“Seria mais fácil pegar a superfície existente e tratá-la de uma certa maneira para torná-la escorregadia”, explicou Vogel.
Cientistas de materiais da Universidade de Harvard criaram um material ultraescorregadio chamado SLIPS. Essas janelas transparentes e superrepelentes podem repelir efetivamente vinho, azeite e ketchup, enquanto as superfícies circundantes ficam significativamente manchadas. O material também resiste a óleo, água e gelo pesados.
Vogel, Aizenberg e seus colegas procuraram desenvolver um revestimento que conseguisse isso e funcionasse como o SLIPS. A fina camada de lubrificante líquido do SLIPS permite que os líquidos fluam facilmente sobre a superfície, da mesma forma que uma fina camada de água em uma pista de gelo ajuda um patinador no gelo a deslizar.
Para criar um revestimento semelhante ao SLIPS, os pesquisadores agrupam uma coleção de minúsculas partículas esféricas de poliestireno, ingrediente principal do isopor, sobre uma superfície plana de vidro, como uma coleção de bolas de pingue-pongue. Eles derramam vidro líquido sobre eles até que as bolas fiquem mais da metade enterradas. Depois que o vidro solidifica, eles queimam as contas, deixando uma rede de crateras que lembra um favo de mel. Eles então revestem o favo de mel com o mesmo lubrificante líquido usado no SLIPS para criar um revestimento resistente, mas escorregadio.
“A estrutura em favo de mel é o que confere estabilidade mecânica ao novo revestimento”, disse Aizenberg.
Ao ajustar a largura das células do favo de mel para tornar o seu diâmetro muito menor do que o comprimento de onda da luz visível, os pesquisadores evitaram que o revestimento refletisse a luz. Isto tornou uma lâmina de vidro com o revestimento completamente transparente.
As lâminas de vidro revestidas repeliram uma variedade de líquidos, assim como o SLIPS, incluindo água, octanagem, vinho, azeite e ketchup. E, como o SLIPS, o revestimento reduziu a adesão do gelo a uma lâmina de vidro em 99%. Manter os materiais livres de gelo é importante, uma vez que o gelo aderido pode derrubar linhas de energia, diminuir a eficiência energética dos sistemas de refrigeração, atrasar aviões e levar edifícios ao colapso.
É importante ressaltar que a estrutura em favo de mel do revestimento SLIPS nas lâminas de vidro confere robustez mecânica incomparável. Ele resistiu a danos e permaneceu escorregadio após tratamentos que muitas vezes arranhavam e comprometiam superfícies de vidro comuns e outros materiais repelentes de líquidos populares, como tocar, retirar um pedaço de fita adesiva e limpar com um lenço de papel.
“Estabelecemos uma meta desafiadora: projetar um revestimento versátil que fosse tão bom quanto o SLIPS, mas muito mais fácil de aplicar, transparente e muito mais resistente – e foi isso que conseguimos”, disse Aizenberg.
A equipe está agora aprimorando seu método para revestir melhor peças curvas de vidro, bem como plásticos transparentes, como o Plexiglas, e para adaptar o método aos rigores da fabricação.
“O novo revestimento SLIPS de Joanna revela o poder de seguir a liderança da natureza no desenvolvimento de novas tecnologias”, disse Donald E. Ingber, diretor fundador do Wyss Institute, professor de bioengenharia no SEAS, e Judah Folkman Professor de Biologia Vascular na Harvard Medical School e Boston Hospital Infantil, afiliado de Harvard. “Estamos entusiasmados com a gama de aplicações que poderiam utilizar este revestimento inovador.”
Este trabalho foi financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada – Energia (ARPA-E), pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e pelo Instituto Wyss. Vogel recebeu financiamento do programa Leopoldina Fellowship. Além de Vogel e Aizenberg, a equipe de pesquisa incluiu: Rebecca A. Belisle, ex-assistente de pesquisa da Wyss que agora é estudante de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais na Universidade de Stanford; Benjamin Hatton, ex-pesquisador nomeado no SEAS e pesquisador de desenvolvimento de tecnologia no Wyss Institute, que agora é professor assistente de ciência e engenharia de materiais na Universidade de Toronto; e Tak-Sing Wong, ex-pesquisador de pós-doutorado no Wyss Institute que agora é professor assistente de engenharia mecânica e nuclear na Universidade Estadual da Pensilvânia.
Referência: “Transparência e tolerância a danos de superfícies lubrificadas omnifóbicas padronizadas com base em monocamadas coloidais inversas” por Nicolas Vogel, Rebecca A. Belisle, Benjamin Hatton, Tak-Sing Wong e Joanna Aizenberg, 31 de julho de 2013, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/ncoms3176