Já descobrimos como tratar superfícies para que líquidos, como alimentos derramados ou gotas de chuva, se espalhem rapidamente. Toda vez que você encera seu carro, você está ajudando ele a repelir a chuva. Mas no caso de veículos como aviões, leva apenas uma fração de segundo para uma gota de chuva virar gelo quando atinge uma fuselagem congelante, criando riscos de segurança na aeronave. Para combater isso, os pesquisadores do MIT descobriram uma maneira de tornar as superfícies repelentes de água melhor em se livrar de grandes quantidades de líquidos.
O novo método se baseia em pesquisas de cerca de seis anos atrás, quando foi descoberto que pequenas características macroscópicas adicionadas a uma superfície, como uma série de sulcos quase imperceptíveis, ajudaram a quebrar a forma e a simetria de uma gota de água ao recuar de um impacto, aumentando a velocidade em que ela saltou para longe daquela superfície. A quantidade de tempo que uma gota esteve em contato com uma superfície foi reduzida em cerca de 40%, o que também reduziu a quantidade de tempo que havia para a troca térmica. Em outras palavras, reduziu o risco de que gotas de chuva tivessem tempo suficiente para virar gelo.
Mas gotas de água impactam uma superfície de forma muito semelhante a como um balão de água bate no rosto de alguém – elas se espalham no impacto, o que aumenta radicalmente a área de contato entre elas. Isso não só pode acelerar o processo de congelamento na asa de um avião, por exemplo, como também pode ser problemático em áreas onde o sal corrosivo pode se acumular em uma superfície quando gotas oceânicas batem em uma estrutura e evaporam rapidamente.
O padrão de rebordo aplicado às superfícies foi eficaz para fazer com que as gotas de água saltassem mais rapidamente, mas os engenheiros do MIT descobriram que estruturas mais complexas, como anéis em forma de tigela, têm o efeito adicional de minimizar a distância que uma gota pode se espalhar antes de ser refletida.
GIF: MIT News
Quando uma gotícula atinge a estrutura macroscópica, ela se espalha e a preenche, mas somente até atingir a borda da tigela, e então ela é refletida para cima e, finalmente, para longe da superfície. A quantidade de propagação não está sendo reduzida, mas, como ela está sendo desviada, há uma interação mínima entre ela e a superfície tratada – que era o objetivo final nesse caso. A eficácia dessa estrutura depende do seu tamanho e do tamanho da gota que está causando impacto, mas mesmo que cada gota não seja descartada rapidamente, no geral ainda há uma melhoria definitiva.
Além de reduzir o acúmulo de gelo nos aviões, ou até mesmo as lâminas gigantes de uma turbina eólica, esta pesquisa também pode beneficiar peças impermeáveis, que são um grande mercado para materiais hidrofóbicos. As estruturas em anel poderiam ser incorporadas em muitos materiais, como tecidos (não apenas o metal que envolve a fuselagem de um avião), em que sua capacidade de repelir rapidamente a água também ajuda a melhorar a respirabilidade de uma peça impermeável, mantendo os poros abertos e livres.