Ingenieros del MIT han diseñado un tipo de material cuya estructura tiene la capacidad de repeler el aceite. Este nuevo material podría tener aplicaciones sobre todo en la aviación, en viajes espaciales o en operaciones de limpieza de residuos peligrosos.
Según sus creadores, un material de estas características podría ser usado eventualmente para proteger ciertas partes de un avión o de una nave espacial vulnerables al contacto con el combustible, tales como juntas de caucho o arandelas de goma.
El estudio que recoge este avance ha sido publicado en la revista Science. El investigador principal es Robert Cohen, profesor de Ingeniería Química del MIT. “Estos son puntos vulnerables en muchas aplicaciones aeroespaciales”, comenta Cohen en un comunicado del MIT. “Sería muy bonito derramar gasolina en una fábrica o sobre una junta y comprobar que, en lugar de extenderse, sencillamente, cae desde la superficie”.
La naturaleza no ha tenido a bien proporcionarnos un material capaz de repeler el aceite, por lo que los científicos se han tenido que esmerar en crear un material fuertemente repelente al aceite. “La naturaleza ha desarrollado muchos métodos a prueba de agua, sin embargo no ha hecho lo mismo con el aceite”, comenta Gareth MacKinley, que es profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT y miembro del equipo de Cohen. “Opiniones ortodoxas indicaban que un material así era imposible que fuera elaborado a gran escala sin procesos litográficos muy especiales”.
Baja tensión superficial
La tendencia del aceite y otros hidrocarburos es a extenderse sobre las superficies con las que entran en contacto debido a su baja tensión superficial. Este concepto hace referencia a la atracción que tienen entre sí partículas de una misma sustancia.
El agua, por el contrario, se caracteriza por tener una tensión superficial muy alta, por lo que su tendencia natural es a formar gotas. Por ejemplo, cuando lavamos el coche en un túnel de lavado, aun habiéndolo secado, aparecen gotas de agua. El aceite, por el contrario, tiende a dispersarse en lugar de a formar gotas.
Para superar el problema de tensión superficial con el aceite, los ingenieros del MIT han diseñado un material compuesto de microfibras especialmente preparadas. Esencialmente, estas microfibras protegen una gota de líquido, permitiéndola posarse, intacta, sobre la superficie de otro material.
Cuando las gotas de aceite entran en contacto con este material, que tiene una textura parecida a la de un Kleenex, éstas reposan sobre la fibra y una bolsa de aire las retiene entre las fibras. El amplio ángulo de contacto entre las gotas y las fibras previene que el líquido llegue a tocar el fondo de dicha superficie, evitando que se propague.
Las microfibras son una mezcla de moléculas especialmente sintetizadas llamadas fluoroPOSS y un polímero (macromoléculas, generalmente orgánicas, formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros) común.
En muchas superficies
Estas microfibras tienen la particularidad de que pueden ser aplicadas en muchos tipos de superficies, como el metal, el cristal, el plástico e incluso superficies biológicas, como las hojas de una planta, usando un proceso llamado electrospinning. Este proceso consiste en utilizar una carga eléctrica para formar una capa de fibras.
Los investigadores han desarrollado también algunos parámetros de diseño capaces de predecir la estabilidad de la resistencia al aceite entre un líquido en particular y una superficie. Estas ecuaciones se basan en consideraciones estructurales, particularmente en la concavidad de la rugosidad de la superficie y otros tres factores: la tensión superficial de la superficie, el espacio entre las fibras y el ángulo de contacto entre el líquido y la superficie.
Las Fuerzas Aéreas de los Estados Unidos han puesto el dinero para investigar y desarrollar las moléculas FluoroPOSS. Su máximo interés es usar estos nuevos materiales para proteger del fuel algunos componentes en aviones y naves espaciales.