La heterogeneidad de los enlaces de hidrógeno aumenta la hidrofobia de las interfaces sólidas

Área de la Ciencia:

• Ciencias de la superficie
• Química Física
• Ciencias de los materiales computacionales

Sus antecedentes:

• Las superficies químicamente heterogéneas exhiben una hidrofobia compleja.
• Los estudios previos sugieren no linealidades en la hidrofobia en función de la composición.

Objetivo del estudio:

• Explorar sistemáticamente la hidrofobidad no lineal de las mezclas binarias utilizando simulaciones moleculares.
• Caracterizar la hidrofobidad mediante el ángulo de contacto y la presión de desorción.

Principales métodos:

• Simulaciones moleculares utilizando el potencial de grano grueso de mW para el agua.
• Estudiar mezclas binarias de sitios hidrófilos e hidrofóbicos en diferentes escalas.
• Cálculo de los ángulos de contacto con el agua en las interfaces planas y las presiones de desorción de los nanoporos.

Principales resultados:

• Dependencia lineal del ángulo de contacto observado cuando los componentes se coordinan de manera similar con el agua (modelo Cassie).
• Se producen desviaciones no lineales sin precedentes cuando solo los sitios hidrófilos forman enlaces de hidrógeno, aumentando el ángulo de contacto y la presión de vapor.
• Mejora máxima observada con el 35% de moléculas de enlace de hidrógeno dispersas al azar; efecto sensible a la escala de longitud de la heterogeneidad.

Conclusiones:

• Las capacidades de enlace de hidrógeno de los componentes de superficie influyen significativamente en las no linealidades de hidrofobia.
• Un modelo modificado de Cassie que tiene en cuenta diferentes microrugosidades puede explicar los fenómenos observados.
• Los hallazgos son relevantes para comprender el comportamiento del agua en superficies complejas, especialmente en geometrías confinadas.