Síntese de revestimentos superhidrofóbicos à base de nanoestrutura de sílica modificada com compostos organossilanos por sol

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 548 (2023) Citar este artigo

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No presente estudo, o revestimento superhidrofóbico foi sintetizado por nanoestruturas esféricas de sílica modificadas com compostos organossilanos para superfícies de vidro. Para otimizar as condições em termos de custo-benefício e criar um revestimento super-hidrofóbico com um alto ângulo de contato, o método de superfície de resposta do modelo de design composto central (CCD) foi realizado para o método StÖber, e o ângulo de contato foi definido como a superfície de resposta para o modelo. Tetraetoxissilano (TEOS) foi usado como precursor e poli(dimetilsiloxano) (PDMS) foi usado para modificar a superfície de uma nanoestrutura esférica de sílica sintetizada por um método sol-gel de uma etapa usando um catalisador básico. A precisão da pesquisa foi verificada pelo teste de medição do ângulo de contato e um ângulo de 162° foi obtido. Análises XRD, FT-IR, EDS, SEM, DLS e AFM foram realizadas para investigar a síntese da nanoestrutura de sílica. A resistência química foi realizada em ambientes ácidos, neutros e alcalinos e os ângulos de contato foram de 127°, 134° e 90°, respectivamente, o que indica que o revestimento criado na superfície do vidro possui boa resistência química em ambientes ácidos e neutros.

Revestimentos inteligentes são nanomateriais que respondem automaticamente a mudanças no ambiente, como calor, luz, umidade, temperatura, pressão e pH. O objetivo de projetar tais revestimentos para maior desempenho é aumentar a vida útil do produto e reduzir significativamente os custos de manutenção1,2,3,4,5,6,7. Devido às propriedades únicas dos materiais em nanoescala e à crescente demanda por nanomateriais em setores como as indústrias médica e automotiva, a pesquisa e o desenvolvimento de revestimentos à base de nano substituem os revestimentos de polímeros convencionais8,9. Os revestimentos inteligentes são classificados com base na aplicação, desempenho, reatividade, nível de complexidade e métodos de fabricação. Os revestimentos de detecção ativa incluem revestimentos sensíveis à corrosão e à pressão. Os revestimentos retardadores de chama são revestimentos penetrantes e não penetrantes. Os revestimentos antipó e antibacterianos são conhecidos como revestimentos ativadores. Os revestimentos fáceis de limpar incluem revestimentos autolimpantes e antigrafite. Coberturas de janelas inteligentes são revestimentos opticamente ativos. Outros revestimentos são anti-impressão digital, antirreflexo, anticongelante e antiembaçante10. Os revestimentos ultraimpermeáveis ​​são uma categoria importante de revestimentos inteligentes que receberam muita atenção devido às suas propriedades. Esses revestimentos podem ser usados ​​em qualquer um dos revestimentos acima devido às suas propriedades únicas. Por exemplo, devido à biodegradação, podem ser usados ​​em revestimentos autocicatrizantes e antibacterianos11,12,13,14, devido à morfologia e tamanho em revestimentos autolimpantes e anticorrosivos15,16,17,18,19, e devido às suas propriedades químicas em anticongelante e anti-vapor19,20,21.

Superfícies superhidrofóbicas são conhecidas por duas propriedades importantes, a primeira é a rugosidade da superfície em micro e nanoescala e a segunda é a estrutura complexa. Portanto, métodos de síntese como deposição eletroquímica22, CVD23, deposição camada por camada (LBL)24, hidrotermal25 e sol-gel26 podem ser usados ​​para desenvolver e fabricar as propriedades mencionadas. O método sol-gel consiste em duas etapas de hidrólise e condensação. As matérias-primas utilizadas são silano e alcóxidos metálicos. Entre as vantagens do método sol-gel estão a síntese em baixa temperatura, alta pureza, controle preciso do tamanho e distribuição das partículas e a possibilidade de fazer novos materiais cristalinos e não cristalinos27,28. Superfícies ásperas podem ser criadas com a ajuda de SiO229, Al2O330 e CuSO431, e com a ajuda de agentes hidrofóbicos como poli(dimetilsiloxano) (PDMS)32, hexadeciltrimetoxisilano (HDTMS)33, superfícies com baixa energia superficial podem ser feitas.

O propósito de usar a superfície de resposta (método) é projetar um experimento que examina a possibilidade de uma interação quadrática entre os parâmetros do experimento. Com o auxílio do método CCD é possível melhorar, otimizar o processo, e também diagnosticar os problemas e pontos fracos do processo, como resultado, projetar um processo resistente a influências externas que produzam um produto adequado34.