Os materiais modernos utilizados em embalagens e aplicações externas estão constantemente expostos a ambientes agressivos, onde água, poeira e neve podem degradar o desempenho ao longo do tempo. Os pesquisadores há muito buscam maneiras de criar superfícies que possam repelir contaminantes e reduzir os requisitos de manutenção. Inspirados em estruturas naturais, como folhas de lótus, os cientistas estão agora projetando superfícies que resistem ao acúmulo de água e sujeira, ao mesmo tempo que permanecem duráveis sob condições extremas.
O professor Jin Zhang da Universidade de Nova Gales do Sul, Yingun Sheng, o Dr. Shuai He, juntamente com Xiaojing Hao, Erjiang Fu e o professor Cyril Boyer, desenvolveram um novo método para converter tereftalato de polietileno convencional (PET) em garrafas e materiais de embalagem. Seu trabalho, publicado na revista Advanced Materials Interfaces, revisada por pares, apresenta uma abordagem escalonável para a fabricação de folhas PET autolimpantes, anticongelantes e resistentes a UV. Como explicou o professor Zhang, “Uma estratégia fácil e eficaz é apresentada para criar fortes estruturas micro/nano hierárquicas em folhas de PET para alcançar superhidrofobicidade por meio do endurecimento superficial e da redução da energia superficial.” Aqui, superhidrofobicidade refere-se a uma propriedade extrema de repelência à água, onde as gotas de água formam gotas e rolam facilmente.
A equipe combinou a gravação térmica, que usa calor para imprimir pequenos padrões, com modificação química para criar estruturas de superfície em dupla escala, o que significa que existem características nos níveis microscópico e nanoscópico. Estes incluem sulcos microscópicos e padrões semelhantes a janelas, e são aprimorados com recursos em nanoescala, as menores estruturas medindo bilionésimos de metro. Como resultado, as gotas de água formam esferas perfeitas e rolam facilmente para fora da superfície. O ângulo de contato, que mede o quanto uma gota se espalha sobre uma superfície, aumentou drasticamente de temperaturas moderadas para muito altas no PET não tratado, indicando uma superfície mais repelente à água. Na prática, isso significa que os líquidos raramente grudam e as impurezas são facilmente transportadas.
Uma das inovações mais notáveis é a eficiência do design da microjanela. Essas superfícies permitiram que as gotas rolassem em ângulos de deslizamento muito baixos, o que significa que apenas um pequeno gradiente foi necessário para que as gotas se movessem, limpando efetivamente materiais solúveis e insolúveis, como pó de café e areia. Este comportamento imita sistemas naturais de autolimpeza e demonstra como a geometria da superfície, o formato e a disposição dos padrões de superfície podem afetar o desempenho. Os pesquisadores também observaram que essas estruturas reduzem a adesão, a tendência dos materiais se colarem, permitindo que as gotas se separem completamente sem deixar resíduos.
Além da autolimpeza, o material apresentou forte resistência à formação de gelo. 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. Esse atraso ocorre porque a superfície estruturada reduz a transferência de calor, o movimento da energia térmica, entre o material e a gota. Esse comportamento anticongelante pode ser valioso em ambientes onde o acúmulo de gelo representa riscos operacionais ou de segurança.
O estudo demonstrou resiliência sob exposição prolongada aos raios UV, a radiação de alta energia da luz solar que pode degradar materiais. Mesmo após exposição prolongada aos raios UV, as superfícies mantiveram as suas propriedades repelentes à água com degradação mínima. Esta durabilidade é crítica para aplicações do mundo real, onde os materiais não devem perder a sua capacidade de resistir à luz solar durante longos períodos de tempo.
É importante ressaltar que esta abordagem evita o uso de nanopartículas, partículas muito pequenas frequentemente utilizadas em revestimentos, que são comumente utilizadas em revestimentos semelhantes, mas podem levantar preocupações ambientais e de sustentabilidade. Como observou o professor Zhang, “Este estudo alcançou uma superfície superhidrofóbica sem quaisquer nanopartículas por meio de um processo simples de duas etapas.” Esta inovação simplifica a fabricação e reduz os riscos associados à liberação de nanopartículas.
No geral, a pesquisa apresenta um caminho prático para o desenvolvimento de materiais amplamente utilizados com funcionalidades de superfície aprimoradas. Ao integrar estruturas em micro e nanoescala com modificações químicas, a equipe desenvolveu superfícies PET que não são apenas autolimpantes, mas também resistentes ao gelo e à degradação UV. Estas melhorias podem prolongar a vida útil dos materiais utilizados em embalagens, componentes automotivos e equipamentos externos, reduzir custos de manutenção e melhorar o desempenho em ambientes desafiadores.
Nota de diário
Sheng Y., He S., Hao X., Fu E., Boyer C., Zhang J. “Folha de tereftalato de polietileno heteroestruturado (PET) autolimpante de escala dupla com funções anti-gelo e anti-UV.” Interfaces de Materiais Avançados, 2025. DOI: https://doi.org/10.1002/admi.202500625
Sobre os professores
Yingun Sheng é doutorando na Escola de Engenharia Mecânica e de Manufatura da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), supervisionado pelo Professor Associado Jin Zhang e pelo Professor Cyril Boyer. Ele é bacharel em Engenharia pela Sun Yat-sen University e mestre em Engenharia pela University of New South Wales. Sua pesquisa atual se concentra em módulos fotovoltaicos convencionais com estrutura metálica de vidro e revestimentos frontais multifuncionais para módulos fotovoltaicos leves.
Ele é o Dr. Pesquisador associado sênior na Escola de Engenharia Mecânica e de Manufatura da UNSW Sydney, especializado em manufatura avançada, materiais compósitos e sistemas termomecânicos inteligentes. Com mais de uma década de experiência na academia e na indústria, sua pesquisa se concentra 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 ARC, CRC, TRaCE e patrocinados pela indústria. Seu trabalho integra design de materiais multifuncionais, detecção inteligente e monitoramento da saúde estrutural, e fabricação habilitada para a Indústria 4.0 para fornecer resultados translacionais em tecnologias aeroespaciais e energéticas avançadas, apoiados por um registro ativo de publicação nas principais revistas internacionais.
Professor Cirilo BauerLaureado australiano na Universidade de Nova Gales do Sul, é especializado na síntese de macromoléculas funcionais para aplicações 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 prêmios de prestígio, incluindo o prêmio IUPAC-Polymer International Young Researcher Award de 2018 e o Prêmio Malcolm Mackintosh de Ciências Físicas de 2015. Consistentemente reconhecido como o pesquisador mais citado desde 2018, ele também foi reconhecido pelo The Australian Journal como líder em polímeros e plásticos na Austrália.
Jin Zhang Professor Associado de Ciências e Future Fellow do Australian Research Council na Universidade de New South Wales, Sydney. Sua pesquisa inclui 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. Ele recebeu uma bolsa de estudos do Departamento Australiano de Indústria, Inovação, Ciência, Pesquisa e Iniciativa de Ensino Superior em 2012 e uma bolsa Victoria de Crescimento, Negócios e Inovação do Estado de Victoria em 2013. Atualmente, ele lidera o ARC Future Fellowship Program, o ARC Linkage Program, através dos centros de pesquisa All Research Centres (CPRC) do governo australiano focados no desenvolvimento de energia, materiais e tecnologias sustentáveis.
