Desmistificando o ângulo de contato da água: uma pequena gota, um vasto mundo

Na nossa vida cotidiana, muitas vezes observamos cenas como esta: gotas de orvalho em folhas de lótus são cristalinas, como pérolas rolantes, enquanto gotas de água se espalham em uma película em uma superfície de vidro.Por detrás disto está um conceito crucial na ciência da superfície, o ângulo de contacto da água (WCA).Não é apenas uma manifestação intuitiva da interação entre um líquido e uma superfície sólida, mas também uma métrica básica para medir a hidratabilidade da superfície de um material.

Qual é o ângulo de contacto da água?

O ângulo de contato da água, como o nome sugere, é o ângulo no ponto em que uma gota de líquido (geralmente água), gás e sólido se interceptam em uma superfície sólida plana e uniforme.É o ângulo entre a linha tangente da interface líquido-gás e a interface sólido-líquido, geralmente indicada pela letra grega θ.

Este ângulo simples define se um material é "hidrofílico" ou "hidrofóbico":

θ < 90° Superfície hidrofílica. As gotas de água tendem a espalhar-se, indicando uma boa umedecibilidade com a superfície sólida.

Extremamente hidrofílico: θ aproxima-se de 0°, a gota quase se aplana completamente, formando um fino filme de água.

θ > 90°: superfície hidrofóbica**. As gotas de água tendem a permanecer esféricas e a rolar-se facilmente.

Extremamente hidrofóbico: θ > 150°, muitas vezes referido como uma superfície superhidrofóbica.e recolher a sujeira da superfície. Este é o famoso "Efeito Loto".. "

θ = 180°: Um estado teórico de perfeita não-umidade, que quase nunca existe na realidade.

Por que é tão importante o ângulo de contato?

O ângulo de contacto é muito mais do que um conceito teórico; desempenha um papel vital na investigação científica e nas aplicações industriais.

1. Limpeza da superfície e antifouling: Superhidrofóbicos superfícies (alto ângulo de contato) são auto-limpeza.Este princípio é aplicado em revestimentos exteriores de edifícios, vidro e janelas de automóveis, têxteis e vestuário de exterior.

2Indústrias de revestimento e impressão: nos processos de impressão, pulverização e tingimento, as tintas ou revestimentos devem molhar bem o substrato (ângulo de contato baixo) para garantir a uniformidade e adesão do revestimento.A medição do ângulo de contacto ajuda a otimizar estes processos.

3Microfluídica e Biochips: Em canais de chips em escala de micrômetros, o fluxo de líquido é dominado inteiramente pela tensão superficial.Controlar com precisão o ângulo de contacto (hidrofílico ou hidrofóbico) em diferentes regiões, os cientistas podem manipular a direção do líquido, mistura e separação como projetar circuitos elétricos.

4- Materiais médicos e biomateriais: a humedecibilidade da superfície dos dispositivos médicos implantados no corpo humano (por exemplo, articulações artificiais, stents cardiovasculares) é crítica.As superfícies hidrófilas muitas vezes promovem a adesão celular e o crescimento do tecido, enquanto certas superfícies hidrofóbicas podem resistir à adsorção de proteínas e à coagulação do sangue.

5- Nova energia e semicondutores: nas células de combustível, o ângulo de contacto na superfície do eléctrodo afeta a eficiência do tratamento da água.A humidade da fotoresistência na wafer de silício afeta diretamente a precisão do padrão.

Como é medido o ângulo de contacto?

O método de medição mais comum e clássico é o Método de gotejamento sessílico.

1Uma micro-seringa de precisão é utilizada para produzir uma pequena gota estável (normalmente 2-5 microlitros) na superfície da amostra.

2Um goniômetro de ângulo de contacto equipado com uma câmara de alta resolução e uma fonte de luz capta uma imagem lateral da gota.

3O software analisa a imagem, ajusta automaticamente uma tangente no ponto triplo sólido-líquido-gás e calcula o valor do ângulo.

Para obter informações mais precisas e abrangentes, o Ângulo de Avanço e Ângulo de Retroceder são às vezes medidos.que está estreitamente relacionado com a rugosidade da superfície e a heterogeneidade química.

Além da água: aplicações mais amplas

Apesar de ser chamado de ângulo de contacto com a água, o líquido medido não se limita à água.Electrolíticos) podem ser utilizados para avaliar a humidade de uma superfície para líquidos específicosIsto é igualmente importante para campos como lubrificantes, cosméticos e indústria alimentar.

Conclusão

Uma gota de água aparentemente simples, quando repousa sobre uma superfície de material, torna-se uma janela para que possamos ver as propriedades microscópicas da superfície.Conecta a investigação básica e a tecnologia de pontaDesde o milagroso "efeito lótus" na natureza até aos nanochips de alta tecnologia, o seu valor é onipresente.Isso nos lembra profundamente que muitas grandes descobertas científicas muitas vezes começam com observação cuidadosa e profundo pensamento sobre fenômenos comuns ao nosso redor.