Superhidrofobicidade

Temos na natureza vários exemplos de hidrofobicidade um deles é a flor de lótus que é conhecida por crescer no fundo de lagoas emergindo acima da superfície da água [1]. A folha da flor de lótus não molha e isto limita as bactérias e patógenos a crescerem em sua superfície [2]. As gotas de água rolam sobre a superfície da folha retirando toda a sujeira e deixando uma superfície limpa. A folha da flor de lótus possui um ângulo de contato elevado, acima de 160º, sendo este atribuído a dois níveis de microestrutura [2-5]. Consta na literatura que um material com a menor energia de superfície possui um ângulo de contato em torno de 120º [5]. Desta forma apenas um aumento da rugosidade da superfície pode aumentar ainda mais o ângulo de contato da água com a superfície [5].

   A hidrofobicidade de uma superfície é definida pelo grau de molhabilidade da mesma, desta forma define-se o grau de molhabilidade de uma superfície plana pelo ângulo de contato q, dado pela equação de Young [5,6]:

   O ângulo de contato q desta forma fica definido como a razão entre a diferença da energia livre de superfície do sólido (g_SV) com a energia livre da interface sólido/liquido (g_SL) pela energia livre de superfície do líquido (g_LV), como mostra a figura 1.1.

Figura 1: O ângulo de contato q depende das energias de superfície do sólido, líquido e da interface sólido/líquido [6].

Uma superfície em geral pode ser considerada hidrofílica ou hidrofóbica, dependendo apenas do ângulo de contato da gota de água com a mesma. Uma superfície será considerada hidrofílica se o ângulo de contato da gota for menor do que 90º, e será considerada hidrofóbica se o ângulo de contato for maior que 90º. No caso da superfície apresentar um ângulo de contato maior do que 150º denomina-se que a superfície é superhidrofóbica [7].

   Os ângulos de avanço e recesso são medidos, ou pela inclinação do plano da gota, ou pelo método de sucção da gota, figura 1.2.

Figura 2: A histerese angular é uma medida de superhidrofobicidade dinâmica, dada pela diferença entre o ângulo de avanço, q_a, e o ângulo de recesso , q_r. Os ângulos de podem ser medidos pela inclinação da superfície da gota como mostrado em a), ou pelo incremento e sucção de líquido na gota como mostrado em b) [6].

Superhidrofobicidade:

Propriedade de auto-limpeza dos materiais superhidrofóbicos:

[1]        Genzer J. and Efimenko K. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review. Biofouling, 22 33960, 2006.

[2]        Dodiuk H., Rios P. F., Dotan A. and Kenig S. Hydrophobic and self-cleaning coatings. Polym. Adv. Technol. 18 74650, 2007.

[3]        Lee S. M. and Kwon T. H. Effects of intrinsic hydrophobicity on wettability of polymer replicas of a superhydrophobic lotus leaf. J. Micromech. Microeng. 17, 68792, 2007.

[4]        Acatay K., Simsek E., Yang C. O. and Menceloglu Y. Z. Generation of superhydrophobic surfaces by electrospinning process. Polym. Prepr. 46, 399400, 2005.

[5]        Hiemenz P.C. Principles of Colloid and Surface. Chemistry Dekker, New York Basel, p 307, 1986.

[6]       http://www.ramehart.com/contactangle.htm, ©2010, ramé-hart instrument co.

[7]        J. L. Plawsky, M. Ojha, A. Chatterjee, and P. C. Wayner, Jr. Review of the effects of surface topography, surface chemistry, and fluid physics on evaporation at the contact line. Chem. Eng. Commun. 196, 658 2009.

(Texto do exame de qualificação apresentado em novembro/2008 ao IF-UFRGS - Kelly Cristine Camargo)