Bioinspiración

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Rosa con rocíoEl rocío es un fenómeno físico-meteorológico en el que la humedad del aire se condensa en forma de gotas por la disminución brusca de la temperatura, o el contacto con superficies frías. Una imagen típica es una rosa roja con gotas del rocío. Esta imagen es la que ha inspirado a un grupo de científicos para diseñar superficies que repele o atrapen el agua.

Una gota de agua se aferra a un pétalo de rosa, incluso cuando se inclina o se pone boca abajo. Este efecto, apodado efecto pétalo por lo autores de un estudio publicado en Langmuir en 2008, se explica por las micro y nanoestructuras de la superficie de un pétalo de rosa roja. En las micrografías electrónicas de barrido (siglas en inglés SEM) de la superficie de un pétalo de rosa roja podéis ver la formación periodica de micropapilas (a) y nanopliegues (b) en cada cima de las papilas. Estos patrones superficiales a microescala proporcionan una rugosidad suficiente para la superhidrofobicidad de los pétalos de rosa, a la vez que la alta fuerza adhesiva con el agua. Estas macro y nanoestructuras modifican la tensión superficial de las gotitas de agua, haciendo que se aferren a los pétalos.

Micro y Nanoestructuras de la superficie del pétalo de una rosa roja

Utilizando un pétalo de rosa fresca como modelo, fabricaron una película polimérica con propiedades superhidrofóbicas y adhesivas como el pétalo de la rosa. EL siguiente dibujo explica el proceso de facricación:

Proceso de fabricación de una película polimérica con propiedades como los pétalos de las rosas

Proceso de fabricación de una película polimérica con propiedades como los pétalos de las rosas

  1. Se vierte una solución de acetato de polivinilo (PVA) 10% en peso en agua sobre un pétalo de rosa roja fresca.
  2. Una vez evaporado todo el disolvente, el PVA se despega.
  3. La película de PVA (con las microestructuras de la superficie del pétalo inversas) se utiliza como molde. Se vierte una solución de poliestireno (PS) 15 % en cloroformo que después de evaporarse el disolvente se despega. La película de PS tiene las mismas microestructuras que el pétalo de la rosa y por lo tanto tiene las misma propiedades que el pétalo de la rosa.

En las imágenes SEM a y b podéis ver las microestructuras de pélícula PVA y en las c y d las de la película PS.

Ni este método y ni otros com la deposición química de vapor son susceptibles a ser utilizados a gran escala, ni económicos por lo que no se ha podido comercializar estas superficies. Recientemente se ha dado paso hacia delante, la litografía por nanoimpresión o nanolitografía. Esta rama de la nanotecnología se ocupa del estudio y la aplicación de la fabricación de estructuras de escala nanométrica, es decir,  de patrones litografiados en los que, al menos, una de sus dimensiones longitudinales es del tamaño de átomos individuales y aproximadamente del orden de 10 nm.

Nanoimpresión

Proceso típico de nanoimpresión térmica

Law y su grupo diseñaron diferentes nanoestructuras basándose en el trabajo anterior, crearon lso modelos correspondientes y mediante nanolitografía fabricaron películas de policarbonado (PC) y poli(metacrilato de metilo) con los moldes. En la gráfica podéis ver la fuerza de adherencia (pinning force) en función de las diferentes nanotopografías que diseñaron en película PC.

Los resultados de Low et al. en la película PC

Los resultados de Low et al. en la película PC

Os a consejo que veáis los videos de algunos de los experiementos que hicieron para probar las propiedades de adherencia de las películas que fabricaron. Estos estan en el apartado “Supporting Info” del artículo de Law et al (ver fuentes). El video 1 muestra una gota de agua (40μl) adherida en una superficie de película  PC con una de las topografías fabricadas. El video 2 muestra una gota de agua (40μl) sobre una película de PC sin ningún patrón.

Película PC

Película PC

El equipo podría imprimir unos 110 – de 65 mm de hoja de la película de plástico a una velocidad de 10 metros por minuto .

Law dice que actualmente , las dimensiones de las películas están limitadas por el tamaño de los moldes prefabricados y que en su planes con su grupo son continuar trabajando en la comercialización de estos materiales  y estudiar la física básica detrás de estos fenómenos.

Fuentes:

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