Un láser guiado por IA consigue crear un objeto increíble: es resistente al ácido y puede estirarse 5.000 veces
La superficie resultante mantuvo la superomnifobicidad con una deformación de hasta el 400 % y durante más de 5000 ciclos de estiramiento
Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, mediante ablación láser en lugar de recubrimientos químicos en aerosol, ha desarrollado un material ultraelástico que es capaz de repeler casi cualquier líquido y también de resistir deformaciones extremas. La superficie resultante repe los líquidos, eliminando así la necesidad de usar solventes agresivos.
Sin embargo, el material conserva sus propiedades superomnifóbicas cuando se estira hasta cinco veces su longitud original y después de más de 5 mil ciclos de estiramiento-liberación. Los materiales con propiedades ombifóbicos (omni de todo, y fóbico de miedo/rechazo) repelen prácticamente cualquier líquido, independientemente de su tensión superficial. Es decir: ni agua, aceite, alcohol u otras sustancias viscosas como el lodo o polímeros complejos.
Esto significa que el material creado por los investigadores soporta tirones, dobleces y torsiones repetidas sin perder su capacidad de repeler líquidos. Arun Kumar Kota, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State, afirma: "Los materiales superomnifóbicos pueden repeler prácticamente cualquier líquido, como ácidos, bases o solventes extremadamente agresivos, tan bien como el agua".
Este método es una forma más ecológica y rentable de producir materiales para una amplia gama de aplicaciones
Por lo general, las superficies superomnifóbicas se crean típicamente recubriendo un material con un disolvente que contiene nanopartículas. El recubrimiento forma una textura rugosa que impide que los líquidos se adhieran. Sin embargo, estos recubrimientos tienden a deslaminarse al estirarse más allá del 100 % de su capacidad, lo que limita su uso en sistemas flexibles.
Son útiles en una amplia gama de aplicaciones, como por ejemplo los robots blandos, que pueden necesitar materiales que puedan soportar entornos hostiles, estirarse y cambiar de forma
En un trabajo anterior, el grupo de Kota abordó este problema añadiendo microprotuberancias, pequeños pilares de entre 10 y 100 micrones de ancho, antes de aplicar el revestimiento en aerosol. El revestimiento entre los pilares se desprendió bajo la tensión, pero las partes superiores de los pilares permanecieron protegidas: "Como analogía burda, piense en mis brazos extendidos como el material y en mi cabello como las microprotuberancias".
En el nuevo estudio, el equipo eliminó por completo el recubrimiento en aerosol: “En este trabajo, en lugar de aplicar un recubrimiento por pulverización, utilizamos la ablación láser para crear tanto las microprotuberancias como la superficie rugosa que genera la superomnifobicidad”, añadió Kota. "Sin embargo, primero tuvimos que determinar los parámetros óptimos para el láser: potencia, velocidad y frecuencia espacial, o cuántos puntos láser tiene por unidad de longitud".
Dado que la ablación láser implica millones de posibles combinaciones de parámetros, los investigadores recurrieron al aprendizaje automático. Introdujeron la potencia del láser, la velocidad, la frecuencia espacial y el ángulo de deslizamiento deseado en un modelo que predijo las mejores configuraciones, evitando largos ciclos de prueba y error.
El proceso optimizado se probó en un elastómetro de siloxano modificado con un silano fluorocarbonado para mejorar la hidrofobicidad. La superficie resultante mantuvo la superomnifobicidad con una deformación de hasta el 400 % y durante más de 5000 ciclos de estiramiento. El equipo también analizó cómo el estiramiento afectaba los ángulos de contacto, las presiones de ruptura y los ángulos de deslizamiento. Los investigadores dicen que este enfoque podría respaldar el desarrollo de piel artificial, robótica blanda, electrónica portátil y recubrimientos textiles protectores diseñados para condiciones exigentes.