Scienziati creano la superfice più idrorepellente e scivolosa al mondo

I ricercatori dell’Università di Aalto hanno svelato un nuovo meccanismo in grado di creare la superficie più idrorepellente al mondo. Le loro scoperte promettono di rivoluzionare vari settori, dall’idraulica all’ottica e all’ingegneria automobilistica, sfidando la nostra comprensione dell’attrito tra superfici solide e acqua e offrendo una nuova prospettiva su come si comportano le gocce d’acqua a livello molecolare. La ricerca è stata pubblicata su Nature chemistry

Il fatto che una superficie sia idrorepellente la rende anche particolarmente adatta a creare un sottile strato d’acqua e quindi la rende…. particolarmente scivolosa. L’interazione dell’acqua con le superfici solide è presente frequentemente nella nostra vita quotidiana, influenzando tutto, dalla cucina ai trasporti e alle applicazioni industriali, oltre il fatto che possiate cadere per terra d’inverso sul ghiaccio. Per anni, scienziati e ingegneri hanno cercato di capire come l’acqua aderisce o scivola via dalle superfici e di applicare lo stesso meccanismo a nostro vantaggio.

Superfici liquide rivoluzionarie

Al centro di questa scoperta ci sono le “superfici simili a liquidi”, un tipo unico di superficie repellente alle goccioline con molti vantaggi rispetto agli approcci tradizionali. Queste superfici sono costituite da strati molecolari che mostrano elevata mobilità pur essendo legati covalentemente ai substrati sottostanti. In sostanza creano uno “strato lubrificante” tra la superficie solida e le gocce d’acqua.

Sotto la guida del professor Robin Ras dell’Università di Aalto, il gruppo di ricerca ha utilizzato un reattore appositamente progettato per creare uno strato di molecole simile a un liquido noto come “monostrati autoassemblati” (SAM Self assembling monolayer) su una superficie di silicio.

Questo studio segna la prima volta che qualcuno si avventura a livello nanometrico per progettare superfici molecolarmente eterogenee. Il team ha regolato attentamente la temperatura, il contenuto di acqua e altre condizioni all’interno del reattore per ottimizzare la copertura monostrato della superficie del silicio.

“I risultati hanno mostrato una maggiore scivolosità quando la copertura SAM era bassa o alta, che sono anche le situazioni in cui la superficie è più omogenea. A bassa copertura, la superficie del silicio è il componente prevalente, mentre ad alta, i SAM sono i più diffusi.” ha spiegato in una nota il ricercatore dottorale Sakari Lepikko, autore principale dello studio.

Sorprendentemente, anche con una bassa copertura SAM, il team ha osservato l’acqua scivolare via dalla superficie, contraddicendo le ipotesi precedenti secondo cui una bassa copertura avrebbe aumentato l’attrito.

Il team ha osservato che l’acqua scorreva liberamente tra le molecole del SAM quando la copertura era bassa, scivolando sulla superficie, in contraddizione con la convinzione convenzionale secondo cui l’acqua diventerebbe una pellicola e aumenterebbe l’attrito.

Al contrario, l’acqua rimane sopra lo strato SAM e scivola via facilmente quando la copertura SAM è elevata. Il team ha scoperto che l’acqua aderisce ai SAM e si attacca alla superficie solo quando la copertura dei SAM rientra in un intervallo specifico.

Questo meccanismo controintuitivo ha portato il team a sviluppare la superficie liquida più scivolosa del mondo, con l’acqua che scorre via a meno che la superficie non sia perfettamente piana.

Potenziali applicazioni e sforzi futuri

Lepikko ritiene che questa scoperta rivoluzionerà ogni campo, dagli scenari quotidiani alle soluzioni industriali, dove le superfici repellenti alle goccioline sono essenziali. Le principali aree di interesse includono il trasferimento di calore nei tubi, lo sghiacciamento, l’antiappannamento, la microfluidica e lo sviluppo di superfici autopulenti.

Lepikko ha sottolineato la novità del loro approccio e ha affermato: “Aiuterà… dove le goccioline devono essere spostate senza problemi. Il nostro meccanismo controintuitivo è un nuovo modo per aumentare la mobilità delle goccioline ovunque sia necessario”.

I prossimi passi del gruppo di ricerca prevedono un’ulteriore sperimentazione della configurazione monostrato autoassemblante e il miglioramento della durabilità dello strato SAM.

I SAM, ostacolati dal basso spessore del rivestimento, sono particolarmente vulnerabili alla dispersione per contatto fisico. Tuttavia, il team ritiene che le conoscenze acquisite da questo studio si riveleranno preziose per creare applicazioni robuste e durevoli.