Piattaforma educativa per micro e nanotecnologie ideata per scuole medie, professionali e istituti tecnici Il Lotuseffekt® 01.04.11

Superfici autopulenti: copiato dalla natura Fonte: Swiss Nano-Cube Superfici nanostrutturate con proprietà autopulenti Le informazioni dettagliate sul tema sono riportate le istruzioni per gli esperimenti.

Sommario Introduzione Nozioni di base teoriche Obiettivi didattici Legami intermolecolari Tensione superficiale Idrofobia ed effetto idrofobo La foglia di loto (I): struttura superficiale La foglia di loto (II): angolo di contatto Il Lotuseffekt® Obiettivi didattici

Introduzione Video: Lotusan: impiego tecnico del effetto lotus www.sto.de

Nozioni di base teoriche Legami intermolecolari Legami tra le molecole (non covalenti!). Responsabili per l'ordine nei materiali solidi e liquidi. Nei grassi non esistono legami intermolecolari. Suddivisione secondo la forza di legame: Legami ionici (forti). Legami Van der Waals (deboli). Ulteriore suddivisione dei legami Van der Waals: Legami dipolo-dipolo (più forti, per esempio nelle molecole d'acqua). Forze di dispersione di London (più deboli, per esempio oli).

Nozioni di base teoriche Tensione superficiale Aria (gassosa) Superfici leggermente idrofile Fonte: Swiss Nano-Cube

Nozioni di base teoriche Idrofobia ed effetto idrofobo Idrofobo: deriva dal greco e significa idrorepellente. Nella chimica: idrofobo significa leggermente idrofilo (per esempio oli, grassi, cere). Effetto idrofobo: Si presenta quando le molecole idrofobe si trovano nell'acqua. Al posto delle deboli forze di dispersione di London, si preferiscono i legami dipolo-dipolo tra le molecole d'acqua. Le molecole d'acqua cercano di formare il maggior numero possibile di legami dipolo-dipolo. Riduzione della superficie di legame rispetto alle molecole idrofobe, che permettono alle molecole d'acqua di formare solo dei legami deboli. Formazioni di “gocce d'olio” nell'acqua.

Nozioni di base teoriche La foglia di loto (I): struttura superficiale Cristalli di cera epictolari Papille Fonte: Swiss Nano-Cube Superidrofobo: idrofobia + esigua superficie di contatto Bassissimo tasso di aderenza alla superficie

Nozioni di base teoriche La foglia di loto (II): angolo di contatto Fonte: Swiss Nano-Cube

Nozioni di base teoriche Il Lotuseffekt® (I) Il Lotuseffekt® indica le proprietà autopulenti di una superficie. In questo contesto il termine autopulente sta a indicare che la superficie si riesce a pulire tramite acqua e senza l'impiego di altre sostanze. L'effetto non si limita solo alla pianta di loto e può essere generato anche artificialmente. A questo proposito le superfici vengono irruvidite artificialmente, in modo che lo strato esterno, proprio come nelle foglie delle piante di loto, presenti una struttura "rugosa" con dimensioni nella scala dei nanometri.

Nozioni di base teoriche Il Lotuseffekt® (II) Un processo per la produzione artificiale di superfici superidrofobe è il processo sol-gel. Materiale di partenza: nanoparticelle di diossido di silicio con catene laterali idrofobe in dispersione stabile. Attraverso il ritiro progressivo del disperdente, si forma un gel applicabile sulle superfici. Una volta che i residui di solvente sono evaporati, rimane un rivestimento superficiale ruvido idrofobo. Fonte: Swiss Nano-Cube

Obiettivi didattici Capire e spiegare l'effetto idrofobo, perché idrofobo non vuol dire idrorepellente. Capire quali sono le particolari proprietà della pianta di loto. Descrivere il processo sol-gel. Spiegare cosa significa superidrofobo