SUPERFICIES SUPERHIDRÓFILAS Y SUPERHIDRÓFOBAS
1. El Loto
El loto es venerado por su excepcional pureza: crece en aguas
fangosas, pero sus hojas emergen a varios metros del agua y rara vez están
sucias. Las gotas de agua sobre las hojas del loto irradian un brillo
particular, y la lluvia arrastra la suciedad de su superficie con mucha más
rapidez y facilidad en cualquier otra planta (ver imagen 1).
Imagen 1. Flor de loto
En 1965
Barthlott descubrió que el efecto se debía a la combinación de dos propiedades
de la superficie de la hoja: su textura cérea y las pequeñas protuberancias de
escala micrométrica que la recubren. Sabemos que las superficies céreas son en
sí hidrófobas: el agua depositada sobre ellas forma gotas que minimizan su área
de contacto con el material. Por el contrario, cuando el agua
cae sobre un material hidrófilo, se ex-tiende sobre su superficie y el área de
contacto es mayor. En una superficie hidrófila, el ángulo de contacto entre el
material y el líquido (en el punto en el que ambos se tocan) es, por
definición, menor de 30 grados; las superficies hidrófobas exhiben un ángulo de
contacto superior a los 90 grados.
La hoja del
loto no es simplemente hidrofoba. Las innumerables protuberancias de su
superficie acentúan el fenómeno y hacen que se torne “super/hiper-hidrofóba”;
es decir, el ángulo de contacto es superior a 150 grados. Las gotas apenas
rozan la planta, conservan una forma casi esférica y se desplazan por ella con
la facilidad de las bolas de un rodamiento. Ese gran ángulo de contacto se debe
al aire situado entre los recovecos de sus prominencias.
La suciedad, al igual que el agua, se deposita sólo en las crestas
de las protuberancias, de suerte que las gotas de lluvia humedecen las
partículas de suciedad y las arrastran consigo.
2. Evitar manchas de comida
Aprovechando este efecto, surgieron los primeros tejidos
autolimpios, el primero de los cuales fue Nano-Care Junto con Nano-care rivaliza la firma
suiza Schoeler Textil AG, cuya técnica ha sido bautizada con el nombre de Nanosphere. El
sistema en cuestión deposita sobre las fibras textiles partículas de escala
nanométrica de sílice o de un polímero, con lo que se consigue una rugosidad
fina, semejante al loto.
Si bien la ropa de limpieza fácil ya se está comercializando,
se espera que los tejidos tratados con efecto loto encuentren su mayor
potencial de mercado entre los compradores de toldos, tiendas de campaña o
marquesinas. A nadie le agrada tener que limpiar estructuras a la intemperie
grandes.
3. El dióxido de titanio TiO2
Se ha descubierto que existen diferentes maneras de obtener
superficies superhidrofóbicas. Pero además, las de propiedades opuestas
(superhidrofilicas) también resultan interesantes. Entre estas últimas
desempeña un papel central el dióxido de titanio.
A partir de una suspensión acuosa de partículas de TiO2 se preparó una película delgada que
posteriormente se recoció a 500ºC. Al exponer a la luz ultravioleta el
recubrimiento transparente obtenido, éste resultó poseer la extraordinaria
cualidad de ser completamente
humedecible: es decir, el ángulo de contacto entre
el fluido y la superficie era de cero grados (super-hidrofilico);
comportamiento del que hacían gala tanto el agua como el aceite.
Aunque en el extremo opuesto de la repulsión al agua propia
de la hoja de loto, el comportamiento super-hidrofílico favorece también la
autolimpieza. El agua se extiende a lo largo de toda la superficie y forma una
lámina que, al escurrirse; arrastra consigo la suciedad (ver imagen 2). Además,
las superficies super-hidrófilas evitan que el vapor de agua las empañe, ya que
el agua que condensa sobre ellas fluye rápidamente, sin formar sobre el
material los millares de gotas minúsculas. Por otra parte, la fotocatálisis
característica del dióxido de titanio al ser sometido a radiación ultravioleta
descomponen la materia orgánica y mata a los microorganismos, por lo que los
objetos recubiertos con esta sustancia no sólo se autolimpian, sino que además
se desodorizan y desinfectan.
Imagen 2: Sobre un material hiperhidrófilo el agua forma láminas sobre la superficie, con lo que arrastra toda la suciedad fácilmente. La superhidrofilia evita además que la superficie se empañe, ya que, al extenderse, el agua nunca forma las innumerables gotículas que componen el vaho.
Ya existen
industrias que utilizan el TiO2 para aplicaciones en superficies que
se auto-limpian o desinfectan solas. La compañía TOTO fabrica toda una gama de productos
como azulejos cerámicos para exteriores, al tiempo que concede licencias para
utilizar su técnica por todo el mundo.
4. El desafío: comportamiento superhidrofóbico y
superhidrofílico juntos
Los electrolitos comunes son sustancias que, al disolverse en
agua, se descomponen en aniones y cationes. Los polielectrolitos son
polímeros orgánicos, materiales plásticos que, a diferencia de la mayoría de
los polímeros, poseen carga eléctrica, positiva o negativa. Apilando
alternativamente capas de un polímero de carga positiva (hidrocloruro de
alilamina) y de partículas de sílice, de carga negativa. A esas multicapas
añadieron un revestimiento final de silicona (material hidrófobo). Sin embargo,
notaron algo curioso: antes de aplicar la silicona, el bloque multicapa se
había tornado super-hidrófilo. En el curso de la experiencia, las capas de
sílice habían creado una vasta red de nanoporos que, a modo de esponja,
absorbían instantáneamente cualquier gota de agua de la superficie. Este
fenómeno se denomina nanoabsorción capilar. Las multicapas de sílice y
polímeros no se empañan aunque se encuentren sobre un recipiente con agua
hirviendo. Si los poros se saturan, el agua comienza a escurrir por los bordes.
Cuando la situación de humedad desaparece, el agua en los nanoporos se va
evaporando poco a poco.
Dichas multicapas son muy adecuadas para su aplicación al
vidrio, material compuesto en su mayor parte de sílice. Además de ser
transparentes y no empañarse, los revestimientos superhidrófilos son
antirreflectantes. De esta forma podríamos llegar a tener espejos de baño o
parabrisas que nunca se empañen.
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