Como o efeito lótus realmente funciona e onde você pode encontrá-lo na vida cotidiana?
A baixa molhabilidade de uma superfície, como pode ser observada na planta de lótus , é chamada de efeito lótus. A água rola em gotas, levando consigo todas as partículas de sujeira da superfície. Isso se deve à complexa arquitetura microscópica e nanoscópica da superfície, que minimiza a adesão de partículas de sujeira.
Outras plantas, como capuchinha ( Tropaeolum ) , junco ( Pragmites ) , repolho branco ( Brassica oleracea convar. capitata var. alba ), alface d’água ( Pistia stratiotes ) , manto de senhora ( Alchemilla ) ou columbine ( Aquilegia ) mostram, bem como alguns animais (muitas asas de insetos) , este efeito. [1]
A capacidade de autolimpeza das superfícies micro-nanoestruturadas repelentes à água foi descoberta na década de 1970 e foi transferida para produtos biomiméticos-técnicos desde meados da década de 1990. Estes são marcados com o nome da marca Lotus Effect.
Efeito de lótus simplesmente explicado
As plantas de lótus sempre têm folhas limpas – mesmo que vivam em pântanos lamacentos. O efeito lótus (também efeito lótus ou efeito lótus) é responsável por isso.
Com a folha de lótus, uma estrutura especial na superfície da folha garante que as partículas de água e sujeira simplesmente saiam. Isso permite que a planta de lótus mantenha suas folhas sempre livres de impurezas. É por isso que você também pode descrever o efeito lótus como um efeito autolimpante . Por um lado, a planta se protege contra patógenos como bactérias e esporos de fungos. Por outro lado, evita que partículas de sujeira e poeira protejam a superfície da folha da luz solar e impeçam a fotossíntese .
Desde a sua descoberta por Wilhelm Barthlott , o efeito lótus foi integrado em muitos produtos do dia a dia, como tintas para casa , revestimentos têxteis e tintas para carros.
Devido à sua alta tensão superficial, as gotas de água tendem a minimizar sua área de superfície e, portanto, tentam obter uma forma esférica. Ao entrar em contato com outra superfície, as forças adesivas (forças de adesão à superfície) atuam, de modo que a superfície fica molhada. Dependendo da natureza da superfície e da tensão superficial do líquido, pode ocorrer um molhamento completo (espalhamento) ou incompleto.
A razão para a autolimpeza está em uma estrutura dupla hidrofóbica (repelente à água) da superfície. Isso reduz a área de contato e, portanto, a força adesiva entre a superfície e as partículas e gotículas de água que se encontram sobre ela, de tal forma que ocorre a autolimpeza. Essa estrutura dupla é formada por uma epiderme de formato característico , cuja camada mais externa é chamada de cutícula e ceras localizadas em cima dela. A epiderme da planta de lótus forma papilas , com cerca de 10 a 20 mícrons de altura e 10 a 15 mícrons de distância , sobre as quais se formam as chamadas ceras epicuticulares .estão empilhados. Essas ceras sobrepostas são hidrofóbicas e formam a segunda parte da estrutura dupla. Como resultado, a água não tem mais a oportunidade de entrar nos interstícios da superfície da folha, com o resultado de que a área de contato entre a água e a superfície é drasticamente reduzida.
A hidrofobicidade das superfícies é determinada com o ângulo de contato. Quanto maior o ângulo de contato, mais hidrofóbica a superfície. Superfícies com ângulo de contato <90° são chamadas hidrofílicas, aquelas com ângulo de contato >90° são chamadas hidrofóbicas. Ângulos de contato de até 160° (superhidrofóbicos) podem ser alcançados com algumas plantas. Isso significa que apenas cerca de 2 a 3% da superfície da gota está em contato com a superfície da planta, o que significa que a planta tem uma molhabilidade extremamente baixa. Devido à estrutura dupla da planta de lótus, suas folhas podem atingir um ângulo de contato de cerca de 170°, dando à queda uma área de contato de apenas cerca de 0,6%. A adesão entre a superfície da folha e a gota de água é tão baixa que a água pode rolar facilmente. Partículas de sujeira que ficam na superfície – que também têm apenas uma pequena superfície de contato – são transportadas e lavadas. Mesmo partículas de sujeira hidrofóbicas são lavadas da superfície da planta porque sua adesão à superfície da planta é menor do que às gotículas de água.
Devido à importância central da tensão superficial de soluções aquosas para minimizar a área de contato, torna-se compreensível que a autolimpeza desta forma não possa ocorrer com solventes fortemente umectantes , portanto tais superfícies não representam qualquer proteção contra qualquer tipo de tinta.
O significado biológico do efeito lótus para a planta é a proteção contra a colonização por microorganismos, patógenos ou germes, por exemplo, esporos de fungos, ou contra o crescimento de algas. Da mesma forma, isso também se aplica a animais como borboletas, libélulas e outros insetos: eles não podem alcançar todas as partes do corpo com as pernas para limpá-los, e é ainda mais vantajoso se a umidade e a sujeira rolarem por conta própria . Outro efeito positivo da autolimpeza é a prevenção de sujeira, o que reduz a incidência de luz e, portanto, a fotossíntese, podendo fechar os estômatos.
Como funciona o efeito lótus?
O efeito beading nas folhas de lótus funciona através de uma combinação de várias “peças de quebra-cabeça”. Por um lado, as propriedades químicas da cutícula, a camada superior da folha, são importantes. Por outro lado, a estrutura da epiderme (camada de células sob a cutícula) e a superfície da cutícula contribuem para o efeito lótus.
coesão e adesão
A tensão superficial da água é um fator importante para o efeito lótus: forças coesivas mantêm as moléculas de água unidas e garantem a forma da gota. Por outro lado, as forças adesivas (forças entre a superfície e a gota de água) atuam assim que a gota toca uma superfície. Quanto mais fortes as forças de adesão, mais cedo a gota fluirá.
$%Com alta tensão superficial (= forças coesivas fortes) e forças adesivas baixas, a água permanece na forma de gotas e pode rolar. As forças adesivas são mais fortes em superfícies sem efeito de lótus – a gota flui e a superfície é molhada.
Superfícies autolimpantes são de crescente importância técnica e econômica. Esta propriedade cobiçada de superfícies micro e nanoestruturadas superhidrofóbicas é um fenômeno puramente físico-químico e pode ser biomimeticamente transferido para superfícies técnicas. Só com este produto, existem agora cerca de 600.000 edifícios em todo o mundo equipados com superfícies Lotus.
A capacidade de autolimpeza das superfícies nanoestruturadas repelentes à água foi descoberta por Wilhelm Barthlott na década de 1970 . Barthlott solicitou proteção de patente internacional no que diz respeito ao ensino técnico para a implementação do efeito autolimpante. Além disso, os produtos que remontam aos ensinamentos técnicos desenvolvidos pela Barthlott para a implementação do efeito autolimpante são protegidos internacionalmente pelas marcas “Lotus-Effect” ou “Lotus-Effect”. O proprietário exclusivo da marca é Sto AG em Stühlingen, fabricante das tintas de fachada “Lotusan”, que foi lançada em 1999 pela Sto AG como o primeiro produto comercial a implementar os ensinamentos de Barthlott.
Outras áreas de aplicação são os vidros autolimpantes baseados no princípio da planta de lótus da empresa Ferro GmbH, que são usados, por exemplo, nas câmeras do sistema de pedágio nas rodovias federais na Alemanha. A Degussa AG desenvolveu protótipos de plásticos e sprays.
Na publicidade, as chamadas superfícies “fáceis de limpar” às vezes são deliberadamente confundidas com superfícies autolimpantes baseadas no princípio do lótus.
As empresas suíças HeiQ Materials AG e Schoeller Textil AG desenvolveram tecidos repelentes de sujeira sob as marcas “Barrier by HeiQ” e “NanoSphere”. Em outubro de 2005, testes do Hohenstein Research Institute mostraram que roupas da linha NanoSphere simplesmente escorriam, mesmo após repetidas lavagens, molho de tomate, café e vinho tinto. [Outro uso possível é para toldos, lonas e velas autolimpantes, que se sujam rapidamente e são difíceis de limpar.
Superfícies superhidrofóbicas permitem o desenvolvimento de trajes de banho não molhantes e cascos com melhor deslizamento. Os maiôs já eram usados em torneios internacionais e voltaram a ser proibidos a partir de 2010 porque melhoraram significativamente os tempos dos nadadores.
Os truques da planta de lótus
No curso da evolução , as plantas de lótus desenvolveram dois truques para reduzir as forças adesivas nas superfícies das folhas – ou seja, para que a água e a sujeira não grudem nelas.
- Propriedades químicas : As ceras para cutículas tornam- nas hidrófobas (hidrofóbicas).
- Dupla estruturação : Células epidérmicas externamente convexas (escala micro) e pequenas plaquetas de cera (escala nanométrica) na cutícula tornam a superfície da folha irregular/áspera . Isso reduz a área de contato na qual as moléculas da gota de água e a superfície da cutícula podem entrar em contato umas com as outras – o mesmo se aplica às partículas de sujeira. Como resultado, a água e a sujeira reduziram a adesão à superfície da folha – as gotas de água rolam e lavam a sujeira também.
Onde você encontra o efeito lótus na vida cotidiana?
O efeito lótus está agora integrado em muitas aplicações do dia -a-dia . Vários revestimentos facilitam a limpeza das superfícies – a sujeira pode ser simplesmente lavada com um pouco de água.
Agora existem produtos com o efeito lótus:
- cores da fachada
- revestimentos para vidros
- Autolack
- Revestimentos têxteis para roupas
- Revestimentos para utensílios médicos
Desde sua descoberta na década de 1970, o efeito lótus se tornou um clássico na biônica (combinação de biologia e tecnologia ) . Nesse ramo da ciência, os pesquisadores tentam transferir descobertas da biologia para a tecnologia.
Descoberta do efeito lótus
O botânico alemão Wilhelm Barthlott descobriu o efeito lótus na década de 1970. Ao olhar para as folhas de lótus com a ajuda de um microscópio eletrônico , ele notou a estrutura especial da superfície da folha pela primeira vez.