Recubrimientos nanofinos, una alternativa biodegradable a los químicos permanentes

Investigadores de la Universidad de Sidney (Australia) han estudiado unos recubrimientos nanofinos con propiedades similares a las de los líquidos que  podrían allanar el camino hacia un mundo autolimpiante. Estos recubrimientos, denominados superficies líquidas resbaladizas unidas covalentemente (SCALS), mantienen sus propiedades antiadherentes sin depender de los problemáticos polímeros perfluorados (PFAS), conocidos como productos químicos permanentes.

Los SCALS se producen a partir de siliconas o polietilenglicol, los cuales se descomponen en subproductos inofensivos en el medio ambiente. “Estas capas similares a líquidos son extremadamente resbaladizas para la mayoría de los contaminantes: arrojan gotas de líquido sin esfuerzo, lo cual es excelente para aumentar la eficiencia de la transferencia de calor y para recolectar agua, previenen la acumulación de incrustaciones y resisten la adhesión de hielo y bacterias, acercándonos un paso más a un mundo autolimpiante”, afirmó la profesora Chiara Neto, que dirige el Laboratorio de Nanointerfaces de la Universidad de Sydney.

“Podemos correlacionar el rendimiento excepcional de estas capas con su nanoestructura, lo que significa que ahora sabemos a qué apuntamos cuando diseñamos superficies resbaladizas, lo que nos permite hacerlas aún más efectivas y proporcionar alternativas viables a los recubrimientos fluorados”.

Las resbaladizas capas nanofinas, de entre dos y cinco milmillonésimas de metro de espesor o 10.000 veces más finas que un cabello humano, están formadas por moléculas de aceite de sólo cien átomos de largo.

"Una gota de agua se desliza sin fricción sobre una película espesa de aceite, pero si se elimina completamente la película de aceite, por ejemplo usando jabón, la mayoría de las gotas de agua se adherirán a las superficies sólidas", dijo la profesora Neto.

Para desentrañar los secretos de sus recubrimientos líquidos ultrafinos, el equipo utilizó dos técnicas para 'ver' las capas superficiales.

La primera técnica es la espectroscopia de fuerza de una sola molécula, que mide la longitud de las moléculas individuales y la fuerza necesaria para estirarlas o comprimirlas.

El segundo es la reflectometría de neutrones, que permite a los científicos medir la longitud y la densidad de injerto de las moléculas.

"Descubrimos que si las moléculas líquidas eran demasiado cortas y escasamente injertadas en la superficie sólida, no cubrían adecuadamente la superficie sólida subyacente y permanecían pegajosas. Por otro lado, si las moléculas eran demasiado largas o estaban injertadas demasiado densamente, no tenían suficiente flexibilidad para actuar como un líquido", indica la profesora Chiara Neto.

Para que los SCALS sean efectivos, necesitan estar en una zona que los científicos denominan de 'Ricitos de Oro', donde no sean ni demasiado cortos ni demasiado largos, ni demasiado sueltos ni demasiado apretados.

Para demostrar definitivamente que las propiedades excepcionales de estas capas se deben a su estado líquido, el equipo midió la velocidad a la que una pequeña molécula sonda se difundía dentro de la capa.

Las moléculas pueden difundirse a través de líquidos, pero no a través de sólidos. La profesora Neto explicó que la difusión molecular más rápida se observó en la zona de Ricitos de Oro, donde las moléculas de aceite tienen la longitud justa y están injertadas con una densidad moderada.

Los hallazgos se publican en la importante revista de química Angewandte Chemie. El estudio ha sido dirigido por el Dr. Isaac Gresham con los coautores la profesora Chiara Neto y el estudiante con honores Seamus Lilley de la Facultad de Química  y Sydney Nano, el Dr. Kaloian Koynov del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, y Dr. Andrew Nelson del Centro Australiano de Dispersión de Neutrones.