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Crédito: CC0 Public Domain
Usando uma variedade de abordagens teóricas e de simulação, os físicos da Universidade de Bristol mostraram que líquidos em contato com substratos podem exibir um número finito de classes de comportamento e identificar as novas importantes.
Suas descobertas, publicadas no Proceedings da Academia Nacional de Ciências ( PNAS ), desafiam a sabedoria aceita sobre o comportamento das fases de umectação e secagem.
Os autores fornecem uma estrutura conceitual firme para adaptar as propriedades de novos materiais, incluindo a descoberta de substratos super-repelentes, como a expulsão de água dos pára-brisas, além de entender as interações hidrofóbicas na escala de comprimento das biomoléculas.
Quando um líquido como a água é repelido de um substrato sólido, a gota criada exibe um grande ângulo de contato. Isso é conhecido como estado hidrofóbico ou super-hidrofóbico se o ângulo de contato for muito grande, de modo que a gota forme uma forma quase esférica.
Por outro lado, se o substrato atrai o líquido com força suficiente - em outras palavras, um substrato hidrofílico - isso cria um pequeno ângulo de contato e a gota se espalha pela superfície.
Se uma superfície é hidrofóbica ou hidrofílica é determinada pelo grau de atração molecular entre o substrato e o líquido.
Controlar a atração é essencial para a molhabilidade dos substratos, que determina quantos sistemas físicos e biológicos funcionam. Por exemplo, as folhas das plantas geralmente são hidrofóbicas, permitindo que elas permaneçam secas durante a chuva, para que as trocas gasosas possam ocorrer através de seus poros. No entanto, é necessário que líquidos como tintas, tintas e lubrificantes se espalhem para revestir ou superfícies "molhadas".
Com base nos insights iniciais obtidos pelo ex-Ph.D. de Bristol A aluna Dra. Maria Stewart, o professor Bob Evans e o professor Nigel Wilding aplicaram várias técnicas teóricas e de simulação a modelos de fluidos realistas para estudar as propriedades de substratos hidrofóbicos e hidrofílicos.
Eles descobriram um comportamento rico e inesperado, como flutuações de densidade divergentes associadas ao fenômeno de 'secagem crítica' em um substrato super-hidrofóbico.
O professor Evans disse: "O esclarecimento dos fatores que controlam o ângulo de contato de um líquido em um substrato sólido é um problema científico de longa data, pertinente à física, química e ciência dos materiais. O progresso foi dificultado pela falta de um entendimento abrangente e unificado de a física das transições de fase de umedecimento e secagem. Nossos resultados mostram que o caráter dessas transições depende sensivelmente da faixa de interações fluido-fluido e de substrato-fluido e da temperatura".
O professor Wilding acrescentou: "Nosso trabalho descobriu classes de diagramas de fase superficial, anteriormente não reconhecidas, às quais pertencem a maioria dos estudos experimentais e de simulação de líquidos em contato com um substrato. Uma característica particularmente interessante refere-se à água perto de substratos super-hidrofóbicos, onde se observa o fenômeno de secagem 'como θ → 180°. Isso é sinalizado por flutuações divergentes de densidade que levam a propriedades estruturais ricas, incluindo arranjos fractais de bolhas de vapor próximas ao substrato".
Mais informações: Robert Evans et al. Uma descrição unificada de superfícies hidrofílicas e super-hidrofóbicas em termos das transições de umedecimento e secagem de líquidos, Proceedings of National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073 / pnas.1913587116
Fornecido por University of Bristol
Fonte: Physic.Org / por University of Bristol / 15 DE OUTUBRO DE 2019
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
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(NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).
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do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
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GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
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