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Noticia ampliada
Revelado el mecanismo para controlar la condensación del agua en nanotubos fotoactivos
Fecha: 168 días 20 horas

El dióxido de titanio es un material fotoactivo y se puede controlar su comportamiento ante el agua simplemente irradiándolo con luz ultravioleta. La exposición a esta luz lo hace pasar de un estado hidrofóbico (repelente al agua) a un estado hidrófilo (con gran afinidad al agua). Esta propiedad es reversible así que permite ajustar la atracción del material por el agua según interesepor sus posibles aplicaciones. Por ejemplo, si repele el agua, en transporte o arquitectura este tipo de materiales ofrece grandes posibilidades a la fabricación de superficies que no se empañen.

El cambio de comportamiento hidrofóbico/hidrófilo del dióxido de titanio por la luz ultravioleta ya es conocido pero, sin embargo, existe gran controversia sobre qué ocurre para dimensiones más pequeñas y qué nuevos efectos induce la luz ultravioleta en nanoestructuras como los nanotubos. Para tener un conocimiento más profundo sobre este tema, los investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla han usado una combinación sin precedentes de dos técnicas para obtener información complementaria a diferentes escalas.

Por una parte, han usado un microscopio electrónico de barrido que permite observar los materiales in situ, en condiciones muy parecidas a las reales. Así, han obtenido imágenes del agua condensada en la superficie de los nanotubos. Cuando la superficie de dióxido de titanio es hidrofóbica, el agua se condensa sobre ella en forma de microgotas, minimizando así el contacto con el material. Después de la exposición a la luz ultravioleta, debido a la nueva adquirida afinidad del material por el agua, la forma del mojado cambia y en vez de gotas aparece una película continua que “inunda” el nanotubo desde el interior hasta el exterior del sistema (Fig. 1, izquierda).

Fig.1. IZQUIERDA: Imágenes de microscopio electrónico de barrido que muestran el agua condensada en la superficie de los nanotubos de dióxido de titanio, en estado hidrofóbico (arriba) e hidrófilo (abajo). Arriba se observan las gotas de agua depositadas en la superficie de los nanotubos. Abajo, después de haber sido irradiado por luz ultravioleta, se ve el cambio de la morfología del agua condensada, formando ahora una película continua que inunda toda la estructura. DERECHA: Espectros de fotoemisión obtenidos en el Sincrotrón ALBA, en condiciones de vacío (a) y expuestos a presiones de vapor de agua creciente para propiciar la condensación progresiva de agua en nanotubos no irradiados (izquierda) e irradiados con luz ultravioleta (derecha).

A fin de saber qué mecanismos intervienen en este cambio en la condensación del agua, el equipo de Sevilla ha analizado los nanotubos de dióxido de titanio en el Sincrotrón ALBA, usando la estación NAPP de la línea de luz CIRCE, que permite llevar a cabo análisis de fotoemisión a presiones cercanas a las ambientales. Esta técnica con luz de sincrotrón les ha permitido saber la composición química de la superficie de los nanotubos y ver cómo ésta va variando a medida que se desarrolla el proceso de condensación de agua sobre la muestra. La imagen muestra los espectros de fotoemisión de luz de la superficie de los nanotubos antes y después de irradiarlos con luz ultravioleta. Al añadir vapor de agua para propiciar su condensación sobre el dióxido de titanio, se observa menor intensidad de la banda de señal de agua en la muestra irradiada, corroborando que en las muestras hidrófilas el fenómeno de condensación procede desde el interior al exterior de la capa. En conjunto, gracias a los espectros de fotoemisión obtenidos en el Sincrotrón ALBA deducen en qué estado se encuentra el agua y han visto cómo cambia su adsorción antes y después de tratar el dióxido de titanio con ultravioleta.

Estos hallazgos cuadran con los resultados obtenidos en el microscopio electrónico de barrido. De este modo, esta combinación de técnicas ha permitido al equipo de científicos desentrañar los factores que controlan la condensación del agua en las superficies de los nanotubos, tanto a nivel microscópico como molecular. Estos resultados han contribuido a comprender los procesos de fotoactivación del dióxido de titanio,material que constituye un paradigma entre los óxidos fotoactivos y que es ampliamente usado en el desarrollo de fotocatalizadoresbiomateriales y superficies auto-lavables.

Fuente: ALBA Sincroton.