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Crean estructuras metálicas extremadamente repelentes al agua

Investigadores de Rochester idean un técnica láser para modificar la estructura superficial de los metales y dotarlos de nuevas propiedades.

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Científicos de la Universidad de Rochester han utilizado láseres para transformar los metales en materiales extremadamente repelentes al agua, o 'super-hidrofóbicas', materiales que no necesitarían recubrimientos temporales para adquirir esta capacidad hidrofóbica.

Estructuras metálicas extremadamente repelentes al agua, Univ. Rochester

Estos materiales 'super-hidrófobos' son necesarios para numerosas aplicaciones tales como la prevención de moho o la formación de hielo, o incluso en saneamiento. Sin embargo, como explica el profesor de Rochester Chunlei Guo, la mayoría de los materiales 'hidrófobos' actuales se basan en recubrimientos químicos.

En un artículo publicado en el Diario de Física Aplicada, Guo y su colega en el Instituto de la Universidad de Óptica, Anatoliy Vorobyev, describen una técnica modelado por láser potente y preciso que crea un modelo complejo de estructuras micro y nanoescala para dar los metales sus nuevas propiedades. Este trabajo se basa en una investigación anterior por el equipo en el que se utilizaron una técnica láser de patrón similar que obtuvo metales negros. Guo afirma que el uso de esta técnica puede crear superficies multifuncionales que no sólo sean 'super-hidrófobas' sino también altamente absorbente ópticamente.

Guo añade que una de las grandes ventajas del proceso de su equipo es que las estructuras creadas por nuestro láser sobre los metales son parte intrínseca de la superficie del material. Eso significa que no se borran con el tiempo. Y son estos patrones que hacen que los metales repelen el agua. 

El material es tan fuerte que repele el agua, el agua realmente se rebota. Entonces cae en la superficie de nuevo, obtiene impulso de nuevo, y entonces se acaba rodando fuera de la superficie, dijo Guo, profesor de óptica de la Universidad de Rochester. Todo ese proceso tarda menos de un segundo.

Los nuevos materiales creados por Guo son mucho más resbaladizos que el teflón, un material 'hidrofóbico' común que se utiliza a menudo las prendas de abrigo o en el recubrimiento de sartenes.  A diferencia de los metales tratados con láser de Guo, los utensilios de cocina de teflón no son super-'hidrofóbicas'. La diferencia es que para hacer agua sea repelida de un material revestido de teflón, la superficie tiene que estar inclinada a casi un ángulo de 70 grados antes de que el agua comience a deslizarse. En estos metales creados ahora el agua se repele con menos de cinco grados de inclinación.

A medida que el agua rebota en las superficies 'super-hidrofóbico' arrastra las partículas de polvo que pueda contener la superficie. Para probar esta propiedad de autolimpieza, Guo y su equipo tomaron la basura habitual de una aspiradora  y aproximadamente la mitad de las partículas de polvo se eliminaron con sólo tres gotas de agua y sólo tomó necesitó una docena de gotas para dejar impecable la superficie. Mejor aún, queda completamente seco.

Las posibles aplicaciones de los materiales 'super-hidrofóbicas' en los países en desarrollo son numerosas. Es este potencial que ha despertado el interés de la Fundación Bill y Melinda Gates, que ha apoyado el trabajo.

En estas regiones, la recolección de agua de lluvia es de vital importancia y el uso de materiales 'super hidrofóbico' podría aumentar la eficiencia sin la necesidad de utilizar grandes embudos con ángulos agudos para evitar que el agua se pegue a la superficie, dice Guo. Una segunda aplicación podría ser la creación de letrinas más higiénicas, que incluso podrían permanecer limpias sin necesidad de descarga de agua.

Pero aún quedan retos que abordar antes de que estas aplicaciones puedan llegar a ser una realidad. En la actualidad, se tarda una hora en un patrón de 1 pulgada x  1 pulgada. Los investigadores también están estudiando formas de aplicar la técnica a otros materiales no metálicos.

Guo ha querido subrayar que esta misma técnica puede dar lugar a los metales multifuncionales. Los metales son naturalmente excelentes reflectores de luz. Es por eso que parecen tener un lustre brillante. Convirtiéndolos en negro puede hacerlos muy eficientes en la absorción de la luz. La combinación de propiedades que absorben la luz con la fabricación de metales repelente de agua podría conducir a captadores solares más eficientes, que no se oxidan y no necesitan mucha limpieza.

El equipo de Guo está planeando en centrarse en el aumento de la velocidad del modelado las superficies con el láser, así como el estudio de la forma de ampliar esta técnica a otros materiales como semiconductores o dieléctricos, abriendo la posibilidad de la electrónica repelente al agua.

La financiación de la investigación ha corrido a cargo de la Fundación Bill y Melinda Gates y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. 

El artículo "Superficies multifuncionales producidos por pulsos láser de femtosegundos", fue publicado en el Journal of Applied Physics el 20 de enero 2015 (DOI: 10.1063 / 1.4905616).

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