a veces el agua se propaga uniformemente cuando golpea una superficie; a veces cae en pequeñas gotas. Si bien la gente ha notado estas diferencias desde la antigüedad, una mejor comprensión de estas propiedades y nuevas formas de controlarlas pueden traer nuevas aplicaciones importantes.
Los materiales con una afinidad especial por el agua-aquellos a través de los cuales se propaga, maximizando el contacto — se conocen como hidrófilos., Aquellos que repelen naturalmente el agua, causando la formación de gotitas, se conocen como hidrofóbicos. Ambas clases de materiales pueden tener un impacto significativo en el rendimiento de las centrales eléctricas, la electrónica, las alas de los aviones y las plantas de desalinización, entre otras tecnologías, dice Kripa Varanasi, Profesor Asociado de Ingeniería Mecánica en el MIT. Las mejoras en las superficies hidrofílicas e hidrofóbicas podrían proporcionar botellas de ketchup donde el condimento simplemente se desliza hacia fuera, vasos que nunca se empañan, o plantas de energía que escurren más electricidad de una cantidad dada de combustible.,

Foto Cortesía de Rong Xiao y Nenad Miljkovic

Los materiales hidrofílicos e hidrofóbicos se definen por la geometría del agua en una superficie plana, específicamente, el ángulo entre el borde de una gota y la superficie debajo de ella. Esto se llama ángulo de contacto.
si la gota se extiende, mojando una gran área de la superficie, entonces el ángulo de contacto es inferior a 90 grados y esa superficie se considera hidrofílica, o amante del agua (de las palabras griegas para agua, hidro y amor, philos)., Pero si la gota forma una esfera que apenas toca la superficie, como gotas de agua en una plancha caliente, el ángulo de contacto es de más de 90 grados y la superficie es hidrofóbica o teme al agua.
pero la terminología no se detiene allí: la mayoría de las investigaciones actuales sobre materiales hidrofóbicos e hidrofílicos se centran en casos extremos, a saber, materiales superhidrofóbicos y superhidrofílicos. Aunque las definiciones de estos términos son menos precisas, las superficies donde las gotas apretadas forman un ángulo de contacto de más de 160 grados se consideran superhidrofóbicas., Si las gotitas se extienden casi planas, con un ángulo de contacto de menos de unos 20 grados, la superficie es superhidrofílica.»en muchos casos, es el comportamiento extremo lo que es útil en ingeniería», dice Evelyn Wang, Profesora Asociada de Ingeniería Mecánica en el MIT que se especializa en materiales superhidrofóbicos. Por ejemplo, las superficies de los condensadores en las plantas desalinizadoras o centrales eléctricas funcionan mejor cuando son superhidrofóbicas, por lo que las gotitas se deslizan constantemente y pueden ser reemplazadas por otras nuevas., Por el contrario, para aplicaciones en las que el agua fluye sobre una superficie para evitar que se sobrecaliente, es deseable tener un material superhidrofílico, para asegurar el máximo contacto entre el agua y la superficie.¿por qué ocurren estos fenómenos? Es esencialmente una cuestión de química superficial, que está determinada por las características de los materiales utilizados. La forma de una superficie también puede amplificar los efectos: por ejemplo, si un material es hidrofóbico, la creación de nanopatterns en su superficie puede aumentar el área de contacto con una gotita, amplificando el efecto y haciendo que la superficie sea superhidrofóbica., Del mismo modo, el nanopatterning de una superficie hidrofílica puede hacerla superhidrofílica. (Hay excepciones, sin embargo, donde tipos especiales de patrones pueden realmente revertir las propiedades ordinarias de un material.)

Se vuelve más complicado cuando las cosas se están moviendo-como es a menudo el caso en situaciones del mundo real. Por ejemplo, cuando una superficie plana está inclinada, cualquier gota en ella puede comenzar a deslizarse, distorsionando sus formas., Por lo tanto, más allá de las mediciones de ángulos de contacto estáticos, una comprensión completa de las propiedades de una superficie también requiere un análisis de cómo los ángulos de contacto en sus bordes de avance (frontal) y retroceso (posterior) difieren cuando la superficie está inclinada. debido a que el mundo natural está lleno de superficies hidrofóbicas e hidrofílicas, los fundamentos del fenómeno han sido conocidos por los científicos durante al menos dos siglos. Por ejemplo, la hoja del loto es un ejemplo bien conocido de un material hidrófobo, la protección del agua-vivienda planta empapados., Algunas especies, como el escarabajo stenocara del desierto africano de Namib, combinan ambos rasgos: la espalda y las alas del insecto tienen protuberancias hidrofílicas que fomentan la condensación de la niebla; estos están rodeados por canales hidrofóbicos, que recogen las gotitas resultantes y las canalizan hacia la boca del escarabajo, lo que le permite sobrevivir en uno de los lugares más secos de la Tierra.
Un área de interés moderno en superficies hidrofóbicas e hidrofílicas tiene que ver con la eficiencia energética., Las superficies superhidrofóbicas en desarrollo por investigadores en el MIT y en otros lugares podrían conducir a una mejor transferencia de calor en los condensadores de plantas de energía, aumentando su eficiencia general. Tales superficies también podrían aumentar la eficiencia de las plantas de desalinización.,las nuevas tecnologías también han contribuido a este campo: la capacidad de crear superficies nanopatterned, con protuberancias o crestas de solo unas mil millonésimas de metro de ancho, ha permitido una nueva generación de materiales de captación y vertimiento de agua; nuevas imágenes de alta resolución de superficies en movimiento ha permitido una mejor comprensión de los procesos involucrados.
La investigación habilitada por las nuevas tecnologías hace posible comprender y manipular estos comportamientos a un nivel de detalle impensable hace una década o dos., Pero a veces los nuevos métodos muestran lo bien que los científicos habían resuelto las cosas hace mucho tiempo: «es increíble», dice Varanasi, » que algunas de las cosas que podemos validar ahora se predijeron hace un siglo.”