Os materiais modernos usados em embalagens e aplicações externas são frequentemente expostos a ambientes agressivos, com água, poeira e gelo degradando o desempenho ao longo do tempo. Os pesquisadores há muito procuram maneiras de criar superfícies que repelam contaminantes e reduzam a necessidade de manutenção. Inspirados em sistemas naturais como as folhas de lótus, os cientistas estão agora a conceber superfícies que resistem ativamente à acumulação de água e sujidade, mantendo ao mesmo tempo a durabilidade em condições extremas.
O professor Jin Zhang da Universidade de Nova Gales do Sul, juntamente com os professores Yingkun Shen, Dr. Shuai He, Xiaojinghao, Erjian Fu e Cyrille Boyer, desenvolveram um novo método para transformar o tradicional tereftalato de polietileno (PET), um plástico comum usado em garrafas e embalagens, em um material multifuncional. Sua pesquisa, publicada na revista Advanced Materials Interfaces, revisada por pares, apresenta um método escalonável para criar folhas PET autolimpantes, anticongelantes e resistentes a UV. Como explicou o professor Zhang, “Uma estratégia simples e eficaz é proposta para criar uma estrutura forte de micro/nano camadas em folhas de PET para alcançar superhidrofobicidade por meio de rugosidade superficial e redução da energia superficial.” Aqui, superhidrofobicidade refere-se a uma propriedade extrema de repelência à água que permite que as gotas de água se formem e rolem facilmente.
A equipe combinou a gravação térmica, um processo que usa calor para imprimir pequenos padrões, com modificação química para criar estruturas de superfície em dupla escala, o que significa que existem características tanto em nível microscópico quanto em nanoescala. Isso inclui ranhuras microscópicas e padrões semelhantes a vidraças, aprimorados ainda mais por características em nanoescala (minúsculas estruturas com um bilionésimo de metro de diâmetro). Como resultado, as gotas de água formam esferas quase perfeitas que rolam facilmente para fora da superfície. O ângulo de contato, uma medida de quão bem uma gota se espalha em uma superfície, aumenta dramaticamente desde níveis modestos no PET não tratado até temperaturas muito altas, indicando que a superfície é altamente resistente à água. Na prática, isto significa que os líquidos dificilmente aderem e os contaminantes são facilmente transportados.
Uma das descobertas mais surpreendentes é a eficiência do design da microjanela. Estas superfícies permitem que as gotas de água rolem para baixo num ângulo de deslizamento muito baixo, o que significa que só precisam de uma ligeira inclinação para se moverem, removendo eficazmente materiais solúveis e insolúveis, como borra de café e areia. Esse comportamento imita os sistemas naturais de autolimpeza e demonstra como a geometria da superfície, o formato e a disposição dos padrões de superfície cuidadosamente projetados podem influenciar o desempenho. Os pesquisadores também observaram que essas estruturas reduziam a adesão, ou seja, a tendência das substâncias se unirem, permitindo que as gotículas se separassem completamente sem deixar resíduos.
Além de ser autolimpante, o material também apresenta forte resistência ao congelamento. Quando expostas a temperaturas de congelamento, as gotas de água na superfície modificada permaneceram descongeladas por mais tempo em comparação com o PET não tratado. Este atraso ocorre porque as superfícies estruturadas reduzem a transferência de calor, ou o movimento da energia térmica, entre o material e as gotas. Este comportamento anticongelante pode ser valioso em ambientes onde o acúmulo de gelo representa riscos operacionais ou de segurança.
O estudo também demonstrou resiliência à exposição prolongada à luz ultravioleta, que é uma radiação de alta energia da luz solar que pode degradar materiais. Mesmo após exposição prolongada aos raios UV, a superfície mantém as suas propriedades repelentes à água com degradação mínima. Essa durabilidade é crucial para aplicações práticas, pois o material deve resistir à exposição solar por longos períodos de tempo sem perder funcionalidade.
É importante ressaltar que o método evita o uso de nanopartículas, que são partículas extremamente pequenas comumente usadas em revestimentos semelhantes, mas que podem causar problemas ambientais e de durabilidade. Como aponta o professor Zhang, “Este estudo alcançou uma superfície superhidrofóbica sem quaisquer nanopartículas através de um processo simples de duas etapas”. Esta inovação reduz os riscos potenciais associados à liberação de nanopartículas, ao mesmo tempo que simplifica a fabricação.
No geral, este estudo apresenta um caminho prático para aprimorar materiais amplamente utilizados com funcionalidade de superfície avançada. Ao combinar estruturas em micro e nanoescala com modificações químicas, a equipe criou uma superfície PET que não é apenas autolimpante, mas também resistente ao gelo e à degradação UV. Estas melhorias podem prolongar a vida útil dos materiais utilizados em embalagens, peças automotivas e equipamentos externos, reduzir custos de manutenção e melhorar o desempenho em ambientes desafiadores.
Referência do diário
Shen Y., He S., Hao X., Fu E., Boyer C., Zhang J. “Folha de tereftalato de polietileno (PET) de heteroestrutura de dupla escala autolimpante com funções anti-gelo e anti-UV”. Interface de Materiais Avançados, 2025. doi: https://doi.org/10.1002/admi.202500625
Sobre o autor
Ying Kun Sheng Ele é doutorando na Escola de Engenharia Mecânica e de Manufatura da Universidade de New South Wales. Seus supervisores são o Professor Associado Zhang Jin e o Professor Cyrille Boyer. Ela recebeu o diploma de Bacharel em Engenharia pela Universidade Sun Yat-sen e o título de Mestre em Engenharia pela Universidade de Nova Gales do Sul. Sua pesquisa atual se concentra em revestimentos frontais multifuncionais para módulos fotovoltaicos tradicionais com estrutura de vidro e metal e módulos fotovoltaicos leves.
Dr. é pesquisador sênior da Escola de Engenharia Mecânica e de Manufatura da Universidade de New South Wales, em Sydney, especializado em manufatura avançada, materiais compósitos e sistemas termomecânicos inteligentes. Ele tem mais de uma década de experiência na academia e na indústria, com pesquisas focadas em compósitos avançados, fabricação aditiva de polímeros e metais, materiais inteligentes e sistemas de fabricação sustentáveis para aplicações aeroespaciais e de energia renovável. Ele atuou como CI e co-CI nos principais projetos financiados pela ARC, CRC, TRaCE e pela indústria. Seu trabalho integra design de materiais multifuncionais, detecção inteligente, monitoramento da saúde estrutural e fabricação habilitada para a Indústria 4.0, resultando em resultados translacionais em tecnologias aeroespaciais e energéticas avançadas, apoiados por um registro ativo de publicação nas principais revistas internacionais.
Professor Cirilo Boyeré laureado australiano pela Universidade de Nova Gales do Sul, especializado na síntese de macromoléculas funcionais para uso em nanomedicina, materiais avançados e armazenamento de energia. Ele foi pioneiro em métodos de impressão 3D para controle preciso de nano e macroestruturas. O trabalho de Boyer lhe rendeu vários prêmios de prestígio, incluindo o prêmio IUPAC-Polymers International Young Investigator Award de 2018 e o Prêmio Malcolm McIntosh de Ciências Físicas de 2015. Ele foi nomeado Pesquisador Altamente Citado desde 2018 e foi nomeado líder em polímeros e plásticos australianos pelo The Australian Newspaper.
Jin Zhang é professor associado de ciências na Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney e futuro bolsista do Australian Research Council. Sua pesquisa abrange compósitos estruturais de polímeros leves reforçados com fibras, nanocompósitos funcionais para coleta e detecção de energia, revestimentos funcionais e polímeros biodegradáveis e sistemas de polímeros impressos em 3D. Ela recebeu a bolsa Endeavor do Departamento Australiano de Indústria, Inovação, Ciência, Pesquisa e Ensino Superior em 2012 e a Bolsa Victoria do Departamento de Desenvolvimento, Negócios e Inovação de Victoria em 2013. Atualmente ela lidera pesquisas no ARC Future Fellowships Program, financiado pelo governo australiano, no ARC Linkage Program e no Collaborative Research Centres Program (CRC-P), todos dedicados ao avanço de energia, materiais e tecnologias sustentáveis.
