¿Por qué una rosa retiene las gotas del rocío en sus pétalos? (o superficies materiales «auto-limpiables»)

Por Francisco R. Villatoro, el 30 abril, 2008. Categoría(s): Noticias ✎ 2

ASÍ ERES TÚ

Rocío de flores
que resbalan por las hojas,
lágrimas de colores
que limpian y mojan.
Suaves y frescas
como gotas cristalinas,
caen de una en una
como nubes que brillan.
pequeñas y claras
como pétalos de rosas;
así eres y serás….
la más hermosa de todas.

A.M.B.

¿Por qué retiene una rosa las gotas del rocío en su piel? Una noticia aparecida en Nature Science News nos remite al artículo de Lin Feng, Yanan Zhang, Jinming Xi, Ying Zhu, Nü Wang, Fan Xia, and Lei Jiang, «Petal Effect: A Superhydrophobic State with High Adhesive Force,» Langmuir, 24 (8), 4114 -4119, 2008. Las micro y nanoestructuras en la superficie de los pétalos de las rosas generan suficiente rugosidad para generar una alta adherencia del agua al pétalo (la gota no resbala) y suficiente hidrofobia como para que la gota «no se derrame». Los autores han bautizado este fenómeno como «efecto pétalo» (de rosa).

Muchos inventos tecnológicos de gran interés práctica tienen su base en «imitar» la funcionalidad de sistemas y fenómenos observados en la Naturaleza. Por ejemplo, la superficie de muchas hojas de plantas, alas de insectos y extremidades de invertebrados presenta un mecanismo de «auto-limpieza»: las gotas de agua no permanecen estables en estas superficies, por lo que se ponen a «rodar», limpiando a su paso las pequeñas motas de polvo presentes en la superficie. Esta propiedad de «auto-limpieza» sería de gran utilidad en el diseño de nuevos materiales. Pero, ¿a qué es debido este fenómeno?

La explicación usual de la  «auto-limpieza» se basa en la conjunción de una superficie rugosa con ciertas micro y nanoestructuras especiales y un material de baja energía superficial, que genere un fenómeno de superhidrofobia que venga acompañado de un gran ángulo de contacto y un bajo ángulo de deslizamiento. Se han fabricado materiales con estas propiedades (películas de carbón, polímeros, óxidos inorgánicos nanoestructurados, etc.). En una superficie rugosa los dos efectos que producen superhidrofobia son el efecto de Wenzel y el de Cassie. El primero (Wenzel) representa el modo de contacto «mojado» entre el agua y la superficie rugosa, que permite a las gotas de agua «agarrarse» a la superficie y adquirir un gran ángulo de contacto. El segundo (Cassie) representa lo contrario, el contacto «seco» entre la gota de agua y la superficie, que le permite rodar por la superficie (presentando un ángulo de contacto bajo).

Había 5 posibles estados de superhidrofobia (que aparecen en la figura, extraída de S. Wang, L. Jiang, «Definition of Superhydrophobic States,» Advanced Materials, Volume 19, Issue 21 , Pages 3423 – 3424, 2007 ), según qué efectos dominen (Wenzel o Cassie): (a) estado tipo Wenzel, (b) estado de Cassie, (c) una caso particular del estado de Cassie, llamado estado «flor de loto», (d) un estado de transición entre Wenzel y Cassie, y (e) un estado de adherencia llamado «gecko» (pie de salamanquesa). En nuevo artículo presenta un nuevo estado, que podemos llamar estado «pétalo de rosa», que corresponde a un estado de Cassie con «impregnación mojada» (Cassie impregnating wetting state).

Según el artículo de Lin Feng («Petal Effect: A Superhydrophobic State with High Adhesive Force«), la interacción de las gotas de rocío (agua) matutinas con las micropapilas de los pétalos de rosa es un ejemplo del nuevo estado, ya que los pétalos de rosa presentan nanopliegues que generan suficiente rugosidad para que se dé el estado superhidrofóbico de Cassie, pero permitiendo una gran adherencia de la gota al propio pétalo, Cassie con impregnación mojada. La gota de agua (de forma prácticamente esférica) no puede rodar por la superficie del pétalo (algo típico en el estado de «flor de loto»). Los autores consideran que esta combinación de efectos conduce a un nuevo estado el de «pétalo de rosa».

Estas imágenes de Microscopio Electrónico de Barrido muestran la superficie de un pétalo de rosa (roja) mostrando una estructura periódica de micropapilas (a) y nanopliegues en cada micropapila (b). Una gota de rocío en la superficie de un pétalo presenta una figura esférica (c) mostrando superhidrofobicidad con un ángulo de contacto de 152.4 grados. Cuando se «vuelca» el pétalo y la gota aparece «boca abajo» (d) se observa la gran adherencia entre gota y pétalo que permite que las gotas del rocío doten a la rosa de su peculiar «belleza mojada». 

La figura de arriba es una representación esquemática del fenómeno de adherencia entre la gota de agua y la superficie del pétalo de la rosa. El «agarre» del pétalo a la gota hace que ésta se comporte como un objeto elástico. La figura de abajo muestra la forma de la gota para varios volúmenes (en microlitros), tanto colgada lateralmente como boca abajo. ¿A qué os recuerdan? No more comments…

 



2 Comentarios

  1. Excelente información y explicación , desde hace tiempo tenía la curiosidad por qué a rociar las rosas mantenían las gotas retenida en pétalo .

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