Recubrimiento superhidrofóbico
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Un recubrimiento superhidrofóbico es una capa superficial delgada que repele el agua. Está hecho de materiales superhidrofóbicos ( ultrahidrofobicidad ). Las gotas que golpean este tipo de recubrimiento pueden rebotar por completo. [1] [2] En términos generales, los recubrimientos superhidrofóbicos están hechos de materiales compuestos donde un componente proporciona la rugosidad y el otro proporciona baja energía superficial. [3]

Esta imagen muestra un papel de filtro altamente absorbente recubierto con una pintura superhidrofóbica desarrollada en el University College de Londres . Esto repele el agua (que se ha teñido de naranja para un mayor contraste)

Material utilizado

Los recubrimientos superhidrófobos se pueden fabricar a partir de muchos materiales diferentes. Las siguientes son posibles bases conocidas para el recubrimiento:

Los recubrimientos a base de sílice son quizás los más rentables de usar. [11] Tienen una base de gel y se pueden aplicar fácilmente sumergiendo el objeto en el gel o mediante un aerosol. Por el contrario, los compuestos de óxido de poliestireno son más duraderos que los recubrimientos a base de gel, sin embargo, el proceso de aplicación del recubrimiento es mucho más complicado y costoso. Los nanotubos de carbono también son caros y difíciles de producir con la tecnología actual. Por tanto, los geles a base de sílice siguen siendo la opción más económicamente viable en la actualidad.

Tipos de recubrimientos superhidrofóbicos

  • Repelente al agua duradero  : se usa para telas con el fin de protegerlas del agua.
  • Repelente de lluvia: está hecho para el parabrisas de los automóviles para repeler el agua de lluvia durante la lluvia a fin de mejorar la visibilidad de conducción. [12] [13]

Usos industriales

En la industria, los recubrimientos superhidrófobos se utilizan en aplicaciones de superficies ultrasecas. El recubrimiento hace que se forme una capa de aire casi imperceptiblemente delgada sobre una superficie. Los recubrimientos superhidrófobos también se encuentran en la naturaleza; aparecen en las hojas de las plantas, como la hoja de loto , y en algunas alas de insectos. [14] El revestimiento se puede rociar sobre los objetos para hacerlos impermeables. El spray es anticorrosivo y anticongelante; tiene capacidad de limpieza; y se puede utilizar para proteger circuitos y redes.

Los recubrimientos superhidrofóbicos tienen aplicaciones importantes en la industria marítima . Pueden producir una reducción de la resistencia por fricción de la piel [ cita requerida ] para los cascos de los barcos, aumentando así la eficiencia del combustible. Tal recubrimiento permitiría a los barcos aumentar su velocidad o alcance al tiempo que reduce los costos de combustible. También pueden reducir la corrosión y evitar que los organismos marinos crezcan en el casco de un barco . [ cita requerida ]

Además de estas aplicaciones industriales, los recubrimientos superhidrófobos tienen usos potenciales en los parabrisas de los vehículos para evitar que las gotas de lluvia se adhieran al vidrio. Los revestimientos también permiten eliminar los depósitos de sal sin utilizar agua dulce. Además, los recubrimientos superhidrofóbicos tienen la capacidad de recolectar otros minerales de la salmuera de agua de mar con facilidad. [ cita requerida ] A pesar de las muchas aplicaciones del recubrimiento, la seguridad para el medio ambiente y para los trabajadores es un problema. [ cita requerida ] La Organización Marítima Internacional tiene muchas regulaciones y políticas sobre mantener el agua a salvo de aditivos potencialmente peligrosos. [cita requerida ]

Los recubrimientos superhidrofóbicos se basan en una delicada micro o nanoestructura para su repelencia; esta estructura se daña fácilmente con la abrasión o la limpieza; por lo tanto, los recubrimientos se usan más en cosas como componentes electrónicos, que no son propensos a desgastarse. Los objetos sujetos a fricción constante, como los cascos de los barcos, requerirían una reaplicación constante de dicho recubrimiento para mantener un alto grado de rendimiento.

Aplicaciones: - Debido a la extrema repelencia y en algunos casos la resistencia bacteriana de los recubrimientos hidrofóbicos, hay mucho entusiasmo [¿ de quién? ] por su amplio potencial de uso con herramientas quirúrgicas, equipos médicos, textiles y todo tipo de superficies y sustratos. Sin embargo, el estado actual de la técnica de esta tecnología se ve obstaculizado en términos de la débil durabilidad del revestimiento, lo que lo hace inadecuado para la mayoría de las aplicaciones. Las texturas de superficie de ingeniería más nuevas en acero inoxidable son extremadamente duraderas y permanentemente hidrofóbicas. Ópticamente, estas superficies aparecen como una superficie mate uniforme, pero microscópicamente consisten en depresiones redondeadas de una a dos micras de profundidad en más del 25% al ​​50% de la superficie. Estas superficies se fabrican para edificios que nunca necesitarán limpieza. [15]

Hay muchas empresas no químicas en Internet que ofrecen recubrimientos súper hidrófobos para diversas aplicaciones inadecuadas. Es importante comprender la ciencia de estos recubrimientos antes de intentar utilizar esta tecnología:

  • En lugar de usar átomos de flúor para repeler, como muchos selladores penetrantes hidrofóbicos exitosos (no súper hidrofóbicos), los productos superhidrofóbicos son un recubrimiento: funcionan creando una estructura de tamaño micro o nano en una superficie que tiene propiedades súper repelentes.
  • Estas estructuras diminutas son por naturaleza muy delicadas y se dañan muy fácilmente por el desgaste, la limpieza o cualquier tipo de fricción; si la estructura se daña, aunque sea levemente, pierde sus propiedades superhidrofóbicas. [ cita requerida ] Esta tecnología se basa en la microestructura de los pelos de una hoja de nenúfar que hacen que el agua simplemente se escurra. Frota un poco una hoja de lirio y dejará de ser superhidrofóbica. A diferencia de una hoja de lirio, que puede curar y hacer crecer nuevos pelos, una capa no hará esto.
  • Como resultado, a menos que los avances puedan resolver la debilidad identificada de esta tecnología, sus aplicaciones son limitadas. Se utiliza principalmente en entornos sellados que no están expuestos al desgaste ni a la limpieza, como los componentes electrónicos (como el interior de los teléfonos inteligentes) y las aletas de transferencia de calor del aire acondicionado, para proteger de la humedad y evitar la corrosión. [dieciséis]

Las superficies también se pueden hacer hidrófobas sin el uso de revestimiento mediante la alteración de sus contornos microscópicos de la superficie. La base de la hidrofobicidad es la creación de áreas empotradas en una superficie cuya humectación gasta más energía de la que gasta el puentear los huecos. Esta denominada superficie de efecto Wenzel o superficie de efecto de loto tiene menos área de contacto en una cantidad proporcional al área empotrada, lo que le confiere un ángulo de contacto alto. La superficie empotrada tiene una atracción proporcionalmente disminuida de líquidos o sólidos extraños y permanece más limpia de forma permanente. Esto se ha utilizado eficazmente para techos y muros cortina de estructuras que se benefician de un mantenimiento bajo o nulo. [15] Mediante el uso de octadeciltriclorosilano, se podrían lograr revestimientos resistentes, duraderos y superhidrófobos [17]

Ver también

  • Politetrafluoroetileno
  • Efecto loto
  • Cutícula vegetal
  • Biomiméticos
  • Hidrófobo
  • Ultrahidrofobicidad
  • Superficie antiadherente

Referencias

  1. ^ Richard, Denis, Christophe Clanet y David Quéré. "Fenómenos de superficie: tiempo de contacto de una gota que rebota". Naturaleza 417.6891 (2002): 811-811
  2. ^ Yahua Liu, Lisa Moevius, Xinpeng Xu, Tiezheng Qian, Julia M Yeomans, Zuankai Wang. "Panqueques rebotando en superficies superhidrofóbicas". Nature Physics, 10, 515-519 (2014)
  3. ^ Simpson, John T .; Hunter, Scott R .; Aytug, Tolga (2015). "Materiales y recubrimientos superhidrofóbicos: una revisión". Informes sobre avances en física . 78 (8): 086501. doi : 10.1088 / 0034-4885 / 78/8/086501 . PMID  26181655 .
  4. ^ Meng, Haifeng; Wang, Shutao; Xi, Jinming; Tang, Zhiyong; Jiang, Lei (2008). "Medios fáciles de preparar superficies superanfifóbicas en metales comunes de ingeniería". El Diario de la Química Física C . 112 (30): 11454–11458. doi : 10.1021 / jp803027w .
  5. ^ Hu, Z .; Zen, X .; Gong, J .; Deng, Y. (2009). "Mejora de la resistencia al agua del papel por modificación superhidrofóbica con recubrimiento de CaCO3 microsized y ácidos grasos". Coloides y superficies A: aspectos fisicoquímicos y de ingeniería . 351 (1–3): 65–70. doi : 10.1016 / j.colsurfa.2009.09.036 .
  6. ^ Lin, J .; Chen, H .; Fei, T .; Zhang, J. (2013). "Nanorevestimiento orgánico-inorgánico superhidrófobo de alta transparencia procedente de la agregación de nanopartículas de sílice". Coloides y superficies A: aspectos fisicoquímicos y de ingeniería . 421 : 51–62. doi : 10.1016 / j.colsurfa.2012.12.049 .
  7. ^ Das, I .; Mishra, M. K; Medda, SK; De, G. (2014). "Películas superhidrófobas duraderas de ZnO-SiO2: un nuevo enfoque para mejorar la propiedad de resistencia a la abrasión de las nanopartículas de SiO2 funcionalizadas con trimetilsililo sobre vidrio" (PDF) . Avances RSC . 4 (98): 54989–54997. doi : 10.1039 / C4RA10171E .
  8. ^ Torun, Ilker; Celik, Nusret; Hencer, Mehmet; Es, Firat; Emir, Cansu; Turan, Rasit; Onses, M.Serdar (2018). "Superficies superhidrofóbicas resistentes al impacto de agua y antirreflectantes fabricadas mediante recubrimiento por pulverización de nanopartículas: ingeniería de interfaz a través de polímeros injertados en los extremos". Macromoléculas . 51 (23): 10011–10020. doi : 10.1021 / acs.macromol.8b01808 .
  9. ^ Warsinger, David EM; Swaminathan, Jaichander; Maswadeh, Laith A .; Lienhard V, John H. (2015). "Superficies de condensador superhidrofóbico para destilación de membrana con espacio de aire". Revista de ciencia de membranas . Elsevier BV. 492 : 578–587. doi : 10.1016 / j.memsci.2015.05.067 . hdl : 1721,1 / 102500 .
  10. ^ Servi, Amelia T .; Guillén-Burrieza, Elena; Warsinger, David EM; Livernois, William; Notarangelo, Katie; Kharraz, Jehad; Lienhard V, John H .; Arafat, Hassan A .; Gleason, Karen K. (2017). "Los efectos del espesor de la película iCVD y la conformalidad sobre la permeabilidad y humectación de las membranas MD" (PDF) . Revista de ciencia de membranas . Elsevier BV. 523 : 470–479. doi : 10.1016 / j.memsci.2016.10.008 . hdl : 1721,1 / 108260 .
  11. ^ Shang HM, Wang Y, Limmer SJ, Chou TP, Takahashi K, Cao GZ (2005). "Películas a base de sílice superhidrófoba ópticamente transparentes". Películas sólidas delgadas . 472 (1–2): 37–43. doi : 10.1016 / j.tsf.2004.06.087 .
  12. ^ "Recubrimientos superhidrofóbicos NeverWet: hace exactamente lo que su nombre implica" (PDF) . Casas Truworth . Consultado el 27 de diciembre de 2019 .
  13. ^ "Cómo aplicar el repelente de lluvia NeverWet" . Oleo oxidado. 2 de febrero de 2016 . Consultado el 27 de diciembre de 2019 , a través de YouTube.
  14. ^ Dai, S .; Ding, W .; Wang, Y .; Zhang, D .; Du, Z. (2011). "Fabricación de recubrimientos inorgánicos hidrofóbicos sobre hojas de loto natural para sellos de nanoimpresión". Películas sólidas delgadas . 519 (16): 5523. arXiv : 1106.2228 . Código Bibliográfico : 2011TSF ... 519.5523D . doi : 10.1016 / j.tsf.2011.03.118 .
  15. ^ a b McGuire, Michael F., "Acero inoxidable para ingenieros de diseño", ASM International, 2008.
  16. ^ Milionis, Athanasios; Loth, Eric; Bayer, Ilker S. (2016). "Avances recientes en la durabilidad mecánica de materiales superhidrofóbicos". Avances en ciencia de interfases y coloides . 229 : 57–79. doi : 10.1016 / j.cis.2015.12.007 . PMID 26792021 . 
  17. ↑ Zhang, L. (2021). Recubrimientos superhidrofóbicos funcionales y versátiles mediante silanización estequiométrica. Wikipedia. https://www.nature.com/articles/s41467-021-21219-y
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