Superfícies super-hidrofóbicas nanoestruturadas e o efeito lótus

O efeito lótus. A super-hidrofobia é responsável pelo efeito lótus, homônimo da planta aquática que apresenta folhas com superfície super-hidrofóbica, com alta repelência de água. Superfícies super-hidrofóbicas são exploradas por diversos seres vivos. Exemplares de artrópodes ou de plantas, por exemplo, com superfícies desta natureza podem ser facilmente encontrados.

O controle da topologia de superfícies sólidas é perseguido em nanociência. E não é por acaso. A obtenção de superfícies super-hidrofóbicas passa pelo controle da topologia. Juntamente com a característica química, a topologia influi significativamente na capacidade da superfície em formar um contato íntimo com o líquido, ou seja, afeta a molhabilidade da superfície. Para ser considerada super-hidrofóbica, uma superfície deve apresentar ângulo de contato com a água maior que 150° (ver figura abaixo).

Figura superior: quanto maior o ângulo de contato, menor é a proporção da área superficial de uma gota de líquido em contato com uma superfície sólida; para uma superfície ser considerada super-hidrofóbica, o seu ângulo de contato com uma gota de água deve ser maior que 150°. Figura inferior: a lótus com suas folhas super-hidrofóbicas.

Sobre superfícies super-hidrofóbicas, uma gota d'água mantém uma forma quase perfeitamente esférica, deslizando facilmente. É o efeito lótus! Tais superfícies são autolimpantes e mais resistentes à contaminação por microrganismos. As aplicações deste tipo de material são inúmeras. Superfícies de cozinha altamente impermeáveis e autolimpantes. Tecidos autolimpantes e que não acumulam água. Para-brisas que não acumulam água. Equipamentos eletrônicos totalmente à prova d'água. E tudo isso com coberturas nanoscópicas! Nanoscópicas e super-hidrofóbicas. No caso da planta lótus, nanocristais de cera tornam super-hidrofóbica a superfície de suas folhas. 

Tecido Nano-Tex. A sua baixa molhabilidade, decorrente da super-hidrofobicidade de suas fibras, faz com que água ou outros líquidos aquosos sejam rapidamente escoados de sua superfície. A organização nanoscópica das fibras é responsável por esse efeito.

Em nanotecnologia, a organização de nanoestruturas artificiais em determinadas superfícies tem propiciado a obtenção da super-hidrofobia. Em uma publicação de 2005, [Langmuir, 2005, 21(20), pp 9143-9148], pesquisadores relataram que a organização nanoscópica de nanopartículas de sílica sobre uma superfície de silício fez com que esta apresentasse super-hidrofobia. O processo de obtenção desta superfície chama a atenção por sua elegância. Primeiramente, esferas de hidrogel carregadas com carbonato de cálcio foram depositadas sobre uma superfície de silício. Estas partículas murcham após determinado tempo devido à perda de líquido, deixando vales entre si. Os vales e as superfícies das partículas de hidrogel foram recobertos então com nanopartículas de sílica, formando um padrão nanoscópico de rugosidade. A superfície resultante deste processo apresenta super-hidrofobia considerável. A figura abaixo mostra o padrão nanoscópico de organização superficial deste novo material.

Padrão nanoscópico de organização de uma superfície de silício recoberta  com nanopartículas de sílica. No canto direito superior é mostrada uma gota d'água sobre essa superfície; note que o contato entre ambas é mínimo. Referência: Langmuir, 2005, 21(20), pp 9143-9148.