Materiais superhidrofóbicos bio-inspirados

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Materiais superhidrofóbicos bio-inspirados

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Quimica-IV-Rose-Lotus-Materials

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Materiais superhidrofóbicos bio-inspirados

Introdução

Superhidrofobicidade

Pétala de Rosa

Folha de Lótus

Apesar de ambos serem materiais hidrofóbicos, eles diferem radicalmente em suas propriedades adesivas.

Nanobastões de ZnO

Experimentos

  • Crescimento de nanobastões de ZnO
  • Teste de hidrofobicidade (medida do ângulo de contato)
  • Teste de adesão (gota pendente)

Resultados

Diferenças estruturais entre tecidos ásperos e lisos

Fibras ásperas com nanobastões de ZnO

Formação de clusters e bastões com diversidade de dimensões

Fibras lisas com nanobastões de ZnO

Bastões uniformes e igualmente distribuídos pelo tecido
Fibra lisa + Nanobastões de ZnO = Efeito Lótus Fibra áspera + Nanobastões de ZnO = Efeito Pétala de Rosa

Pendant water droplet test

Discussão

A hierarquia estrutural resultou nos efeitos superhidrofobicidade e adesão de ambos os materiais

Os padrões de distribuição dos nanobastões foram determinantes

No tecido áspero a distribuição de clusters foi aleatória e, além disso, o tamanho dos clusters variava. Enquanto isso o tecido liso apresentou distribuição homogênea.Por quê?

Deposição vs. Migração

Morfologia das partículas

Efeito da rugosidade na nucleação dos nanobastões

Tecido liso: efeito lótus

Aproximação do regime ideal de Cassie-Baxter devido à distribuição homogênea dos nanobastões.

Tecido áspero: efeito pétala de rosa

Propostas:

  • Interações hidrofóbicas nos interstícios das nano-estruturas
  • A água se prende no ápice da microestrutura
  • A fibra, por sua topologia dinâmica, atingiria a água sem que esta colapsase

Diferença entre o tecido áspero e a pétala de rosa

  • Formato da gota pendente
  • Volume da gota no momento do destacamento
  • Presença de resíduo no tecido

Conclusões

  • Síntese de materiais de características opostas sob a mesma condição
  • Tecidos lisos resultam no efeito lótus, enquanto tecidos ásperos resultam no efeito pétala de rosa
  • Síntese de roupas hidrofóbicas sem a nessecidade de quaisquer outras modificações químicas

Referências

  • Myo Tay Zar Myint, Gabor L. Hornyak, Joydeep Dutta One pot synthesis of opposing ‘rose petal’ and ‘lotus leaf’ superhydrophobic materials with zinc oxide nanorods Journal of Colloid and Interface Science 415 (2014) 32–38
  • L. Feng, Y. Zhang, J. Xi, Y. Zhu, N. Wang, F. Xia, L. Jiang, Langmuir 24 (2008) 4114–4119.
  • H. Teisala, M. Tuominen, J. Kuusipalo, J. Nanomaterials 2011 (2011) 1–6
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect