Desenvolvimento de superfícies super-hidrofóbicas para coletores de água da atmosfera a partir do nanocompósito VACNT/PE

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Romário Araújo Pinheiro
• Orientador(a): Evaldo José Corat
• Banca de defesa: Vladimir Jesus Trava-Airoldi, João Paulo Barros Machado, João Roberto Moro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: This work was developed based on a recent strategy that aims to collect water from the fog or the air moisture. Two strategies are presented: the collection from the fog that dispenses a power source (passive); and the collection of the water vapor from the atmospheric air moisture that requires a power source to promote the condensation (active). For this purpose, collecting surfaces were developed from Vertically Aligned Carbon Nanotubes coated with polyethylene polymer. Passive water collection tests were performed using three-dimensional samples, such as stainless-steel screens and carbon fiber felts, positioned inside a fog-simulated condition into a handcrafted chamber. The best passive collection results were achieved using samples with two wettability profiles, superhydrophobic (collection) and super hydrophilic (drainage and storage). Collection values of 31.8 (L/m2)/h obtained using the 100 mesh screen and 40 (L/m2)/h applying the 200 mesh screen, this result is about 40 times higher than the reported in the literature. In another hand, the results achieved contradict the consensus that superhydrophobic surfaces always present inferior results in active water collection. At the tests end, it was determined that by providing the jumping of millimetric drops instead of the micrometrics already reported, the superhydrophobic surfaces developed here reached collection values of 4.9 (L/m2)/h which is about 5 times higher than reported in the literature. To understand the factors that lead to this result a study was made using a thermal system composed by a Peltier cooling cell. Thus, it was concluded that these jumps occurred due to two factors: the morphological modifications caused by laser irradiation that created nanometric, micrometer and even millimeter levels of surface roughness; and the transition from the Cassie-Baxter superhydrophobicity state, known as the Lotus effect, to the impregnated Cassie-Baxter state, known as the petal effect.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/01.17.12.20

Este trabalho foi desenvolvido tomando como base a uma estratégia recente que visa a coleta da água na forma de gotículas formando a névoa ou na forma de vapor compondo a mistura gasosa do ar atmosférico. Duas estratégias são apresentadas: a coleta a partir do nevoeiro que dispensa uma fonte de potência (passiva); e a coleta do vapor de água componente da mistura gasosa do ar atmosférico por condensação que necessita de uma fonte de energia para promover a condensação (ativa). Para isto foram desenvolvidas superfícies coletoras a partir de Nanotubos de Carbono Verticalmente Alinhados revestidos com o polímero polietileno. Os testes de coleta passiva de água foram realizados usando amostras tridimensionais, como telas de aço inox e feltros de fibra de carbono, posicionadas no interior de uma câmara que simula a condição de nevoeiro, construída artesanalmente. Os melhores resultados de coleta de modo passivo foram alcançados usando amostras com dois perfis de molhabilidade, super-hidrofóbico (coleta) e super-hidrofílico (drenagem e armazenamento). Foram obtidos valores de coleta de 31,8 (L/m2)/h usando a tela de 100 mesh e de 40 (L/m2)/h aplicar a tela de 200 mesh, resultado 40 vezes maior que o reportado na literatura. Por outro lado, os resultados alcançados contrariam o consenso de que superfícies super-hidrofóbicas sempre apresentam resultados inferiores na coleta ativa de água. Ao final dos testes ficou determinado que ao proporcionar salto de gotas de diâmetros milimétricos em vez dos micrométricos já reportados, as superfícies super-hidrofóbicas aqui desenvolvidas alcançavam valores de coleta de 4,9 (L/m2)/h, resultado 5 vezes maior que o reportado na literatura. Para compreender os fatores que levam a este resultado foi feito um estudo usando um sistema térmico, em que se empregou uma pastilha de resfriamento Peltier. Concluiu-se que estes saltos ocorriam devido a dois fatores: às modificações morfológicas causadas pela irradiação a laser que criou níveis nanométricos, micrométricos e até milimétricos de rugosidade de superfície; e à transição do estado de super-hidrofobicidade Cassie-Baxter, conhecido como efeito Lotus, para o estado de Cassie-Baxter impregnado, conhecido como efeito pétala.