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Recubrimiento superhidrofóbico

Un revestimiento superhidrofóbico es una capa superficial delgada que repele el agua. Está hecho de materiales superhidrofóbicos (también conocidos como ultrahidrofóbicos ) y, por lo general, hace que se forme una capa de aire casi imperceptiblemente delgada sobre una superficie. Las gotas que golpean este tipo de revestimiento pueden rebotar por completo. [1] [2] En términos generales, los revestimientos superhidrofóbicos están hechos de materiales compuestos donde un componente proporciona la rugosidad y el otro proporciona una energía superficial baja . [3]

Los recubrimientos superhidrofóbicos también se encuentran en la naturaleza; aparecen en las hojas de las plantas, como la hoja de loto , y en algunas alas de insectos. [4]

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

Materiales utilizados

Los recubrimientos superhidrofóbicos pueden fabricarse a partir de muchos materiales diferentes. Se conocen las siguientes posibles bases para el recubrimiento:

Los recubrimientos a base de sílice son quizás los más rentables de utilizar. [12] Son a base de gel y se pueden aplicar fácilmente sumergiendo el objeto en el gel o mediante un aerosol. Por el contrario, los compuestos de poliestireno de óxido son más duraderos que los recubrimientos a base de gel, sin embargo, el proceso de aplicación del recubrimiento es mucho más complejo y costoso. Los nanotubos de carbono también son caros y difíciles de producir con la tecnología actual. Por lo tanto, los geles a base de sílice siguen siendo la opción económicamente más viable en la actualidad.

Además, las superficies pueden volverse hidrófobas sin el uso de recubrimientos mediante la alteración de sus contornos microscópicos superficiales. La base de la hidrofobicidad es la creación de áreas hundidas en una superficie cuya humectación gasta más energía que la que se gasta al unir las hendiduras. Esto se basa en delicadas estructuras a escala micro y nanométrica para su repelencia al agua, y se logra utilizando microestructuras (o pelos) similares a las de una hoja de nenúfar recubierta con algún material hidrófobo, que aumenta en gran medida el ángulo de contacto y hace que el agua se escurra. Esta denominada superficie de efecto Wenzel o superficie de efecto loto tiene menos área de contacto en una cantidad proporcional al área hundida, lo que le da un alto ángulo de contacto . La superficie hundida tiene una atracción proporcionalmente disminuida de líquidos o sólidos extraños y se mantiene permanentemente más limpia.

Sin embargo, estas microestructuras se dañan fácilmente por la abrasión o la limpieza: con un poco de fricción, una hoja de loto ya no será superhidrofóbica. A diferencia de una hoja de loto que puede curarse y hacer crecer nuevos pelos, un recubrimiento inerte no se regenerará. [13]

Aplicaciones

Usos del consumidor

El repelente de agua duradero es un tipo de revestimiento de tela para protegerlas del agua.

Además, los recubrimientos superhidrofóbicos tienen usos potenciales en los parabrisas de los vehículos para evitar que las gotas de lluvia se adhieran al vidrio y mejorar la visibilidad al conducir. Existen aerosoles repelentes de lluvia disponibles comercialmente para los parabrisas de los automóviles. [14] [15]

Debido a su fragilidad, los recubrimientos superhidrofóbicos pueden usarse en entornos sellados que no están expuestos al desgaste o la limpieza, como componentes electrónicos (como el interior de los teléfonos inteligentes ) y aletas de transferencia de calor del aire acondicionado , para protegerlos de la humedad y prevenir la corrosión. [16]

Usos industriales

En la industria, los recubrimientos superhidrofóbicos se utilizan en aplicaciones de superficies ultrasecas. El recubrimiento se puede rociar sobre objetos para impermeabilizarlos. El aerosol es anticorrosivo y antihielo, tiene propiedades de limpieza y se puede utilizar para proteger circuitos y rejillas.

Los recubrimientos superhidrofóbicos tienen importantes aplicaciones en la industria marítima . Pueden reducir la fricción superficial de los cascos de los barcos, aumentando así la eficiencia del combustible. Un recubrimiento de este tipo 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 . [17]

Además, los recubrimientos superhidrofóbicos pueden hacer posible la eliminación de depósitos de sal sin utilizar agua dulce, lo que tiene la capacidad de ayudar a extraer minerales de la salmuera de agua de mar . [18]

Las texturas superficiales de ingeniería más nuevas en acero inoxidable son extremadamente duraderas y permanentemente hidrofóbicas. Ópticamente, estas superficies parecen una superficie mate uniforme, pero microscópicamente consisten en depresiones redondeadas de una a dos micras de profundidad en el 25 % al 50 % de la superficie. Estas superficies se producen para edificios que nunca necesitarán limpieza. [19] Se han utilizado de manera efectiva para techos y muros cortina de estructuras que se benefician de un mantenimiento bajo o nulo. [19]

Médico

Debido a la extrema repelencia y, en algunos casos, la resistencia bacteriana de los recubrimientos hidrófobos, existe mucho entusiasmo [ ¿de parte de quién? ] por sus amplios usos potenciales con herramientas quirúrgicas, equipos médicos, textiles y todo tipo de superficies y sustratos. Sin embargo, el estado actual de la técnica para esta tecnología se ve obstaculizado por la escasa durabilidad del recubrimiento, lo que lo hace inadecuado para la mayoría de las aplicaciones.

Crítica

En lugar de utilizar átomos de flúor para repeler, como muchos selladores penetrantes hidrófobos exitosos (no superhidrófobos ), los productos superhidrófobos están recubiertos con estructuras superficiales de tamaño micro y nanométrico que tienen propiedades superrepelentes. Estas diminutas estructuras son, por naturaleza, muy delicadas y se dañan fácilmente con el uso, la limpieza o cualquier tipo de fricción; si la estructura se daña incluso levemente, pierde sus propiedades superhidrófobas. [ cita requerida ]

Debido a la fragilidad de ciertos recubrimientos, los objetos sujetos a una fricción constante, como los cascos de los barcos, requerirían una reaplicación constante de dicho recubrimiento para mantener un alto grado de rendimiento.

A pesar de las múltiples aplicaciones de los recubrimientos superhidrofóbicos, la seguridad para el medio ambiente y para los trabajadores puede ser un problema potencial. [ cita requerida ] La Organización Marítima Internacional tiene muchas regulaciones y políticas sobre cómo mantener el agua a salvo de aditivos potencialmente peligrosos. [ cita requerida ]

A menos que los avances puedan resolver estas debilidades identificadas anteriormente, las aplicaciones serán potencialmente limitadas.

Véase también

Referencias

  1. ^ Richard, Denis, Christophe Clanet y David Quéré. "Fenómenos de superficie: tiempo de contacto de una gota que rebota". Nature 417.6891 (2002): 811-811
  2. ^ Yahua Liu, Lisa Moevius, Xinpeng Xu, Tiezheng Qian, Julia M Yeomans, Zuankai Wang. "Panqueque rebotando sobre superficies superhidrófobas". Física de la naturaleza, 10, 515-519 (2014)
  3. ^ Simpson, John T.; Hunter, Scott R.; Aytug, Tolga (2015). "Materiales y recubrimientos superhidrofóbicos: una revisión". Informes sobre el progreso en física . 78 (8): 086501. Bibcode :2015RPPh...78h6501S. doi :10.1088/0034-4885/78/8/086501. PMID  26181655. S2CID  206022154.
  4. ^ Dai, S.; Ding, W.; Wang, Y.; Zhang, D.; Du, Z. (2011). "Fabricación de recubrimientos inorgánicos hidrófobos sobre hojas de loto naturales para sellos de nanoimpresión". Thin Solid Films . 519 (16): 5523. arXiv : 1106.2228 . Bibcode :2011TSF...519.5523D. doi :10.1016/j.tsf.2011.03.118. S2CID  98801618.
  5. ^ Meng, Haifeng; Wang, Shutao; Xi, Jinming; Tang, Zhiyong; Jiang, Lei (2008). "Medios sencillos para preparar superficies superanfifóbicas en metales de ingeniería comunes". The Journal of Physical Chemistry C . 112 (30): 11454–11458. doi :10.1021/jp803027w.
  6. ^ Hu, Z.; Zen, X.; Gong, J.; Deng, Y. (2009). "Mejora de la resistencia al agua del papel mediante modificación superhidrofóbica con recubrimiento de CaCO3 y ácido graso de tamaño micrométrico". Coloides y superficies A: aspectos fisicoquímicos y de ingeniería . 351 (1–3): 65–70. doi :10.1016/j.colsurfa.2009.09.036.
  7. ^ Lin, J.; Chen, H.; Fei, T.; Zhang, J. (2013). "Nanorrecubrimiento orgánico-inorgánico superhidrofóbico altamente transparente a partir 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.
  8. ^ Das, I.; Mishra, M. K; Medda, SK; De, G. (2014). "Películas superhidrofóbicas duraderas de ZnO–SiO2: un nuevo enfoque para mejorar la propiedad de resistencia a la abrasión de nanopartículas de SiO2 funcionalizadas con trimetilsililo sobre vidrio" (PDF) . RSC Advances . 4 (98): 54989–54997. Bibcode :2014RSCAd...454989D. doi :10.1039/C4RA10171E.
  9. ^ Torun, Ilker; Celik, Nusret; Hencer, Mehmet; Es, Firat; Emir, Cansu; Turan, Rasit; Onses, M.Serdar (2018). "Superficies superhidrofóbicas resistentes al impacto del agua y antirreflectivas fabricadas mediante recubrimiento por pulverización de nanopartículas: ingeniería de interfaz mediante polímeros injertados en los extremos". Macromolecules . 51 (23): 10011–10020. Código Bibliográfico :2018MaMol..5110011T. doi :10.1021/acs.macromol.8b01808. S2CID  104394952.
  10. ^ Warsinger, David EM; Swaminathan, Jaicander; Maswadeh, Laith A.; Lienhard V, John H. (2015). "Superficies de condensador superhidrofóbicas para destilación por membrana con espacio de aire". Journal of Membrane Science . 492 . Elsevier BV: 578–587. doi :10.1016/j.memsci.2015.05.067. hdl : 1721.1/102500 .
  11. ^ Servi, Amelia T.; Guillen-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 en la permeabilidad y humectación de las membranas MD" (PDF) . Revista de ciencia de membranas . 523 . Elsevier BV: 470–479. doi :10.1016/j.memsci.2016.10.008. hdl : 1721.1/108260 . S2CID  4225384.
  12. ^ Shang HM, Wang Y, Limmer SJ, Chou TP, Takahashi K, Cao GZ (2005). "Películas de sílice superhidrofóbicas ópticamente transparentes". Thin Solid Films . 472 (1–2): 37–43. Código Bibliográfico :2005TSF...472...37S. doi :10.1016/j.tsf.2004.06.087.
  13. ^ Ensikat, Hans J (10 de marzo de 2011). "Superhidrofobicidad en perfección: las propiedades excepcionales de la hoja de loto". Beilstein J Nanotechnol . 2 : 152–161. doi :10.3762/bjnano.2.19. PMC 3148040 . PMID  21977427. 
  14. ^ "Recubrimientos superhidrofóbicos NeverWet: hacen exactamente lo que su nombre indica" (PDF) . Truworth Homes . Archivado desde el original (PDF) el 21 de diciembre de 2016 . Consultado el 27 de diciembre de 2019 .
  15. ^ "Cómo aplicar el repelente de lluvia NeverWet". Rust-Oleum. 2 de febrero de 2016. Consultado el 27 de diciembre de 2019 en YouTube.
  16. ^ Milionis, Athanasios; Loth, Eric; Bayer, Ilker S. (2016). "Avances recientes en la durabilidad mecánica de materiales superhidrofóbicos". Avances en la ciencia de coloides e interfases . 229 : 57–79. doi :10.1016/j.cis.2015.12.007. PMID  26792021.
  17. ^ Li, Min; Xiao, Wenbo; Yin, Zuozhu; Chen, Yuhua; Luo, Yidan; Hong, Zhen; Xue, Mingshan (2024). "Construcción de un recubrimiento compuesto superhidrofóbico basado en MOF robusto con un excelente rendimiento en antiincrustaciones, reducción de la resistencia y fotodegradación orgánica". Progreso en recubrimientos orgánicos . 186 : 108086. doi :10.1016/j.porgcoat.2023.108086.
  18. ^ Kahn, Mariam; Al-Ghouti, Mohammad A. (15 de octubre de 2021). "Marco DPSIR y enfoques sostenibles de gestión de salmuera de plantas de desalinización de agua de mar en Qatar". Revista de Producción más Limpia . 319 : 128485. doi : 10.1016/j.jclepro.2021.128485 . hdl : 10576/24785 .
  19. ^ ab McGuire, Michael F., "Acero inoxidable para ingenieros de diseño", ASM International, 2008.