Superfici repellenti ai liquidi con proprietà anti-ghiaccio, anti-vegetative ed a basso attrito

Studio delle proprietà correlate alla repellenza ai liquidi

Responsabili: Mariarosa Raimondo, Alessandro Corozzi

Personale coinvolto: Guia Guarini, Maria Caruso

L’attività si concentra sullo studio delle proprietà che derivano dalla repellenza ai liquidi (superidrofobicità ed oleofobicità) di superfici di materiali industriali. In particolare, ISTEC è in grado di progettare e realizzare rivestimenti su superfici con geometrie anche complesse da testare in impianti esterni, con lo scopo di studiarne la risposta in ambienti di lavoro estremi.

Tra le varie proprietà, le superfici superidrofobiche, oleofobiche hanno mostrato:
• Ridotta adesione di neve e ghiaccio e, conseguentemente, rimozione facilitata dei depositi tramite azione meccanica su cavi in alluminio per la rete elettrica;
• Minore crescita e ridotta adesione del fouling su superfici immerse in acqua marina;
• Diminuzione del coefficiente di attrito sia in regime di sostentamento idrodinamico (ad es. all’interno di pompe oleodinamiche) sia su superfici galleggianti in moto (riduzione della resistenza ad attrito su scafi).

Viene studiata l’influenza della morfologia del rivestimento e della sua composizione chimica sulle prestazioni nei diversi ambienti. Particolare attenzione è posta sugli effetti della rugosità superficiale, in grado di influenzare significativamente molti fenomeni che avvengono all’interfaccia tra superficie ed ambiente esterno.

Strumenti e Processi
La deposizione di rivestimenti superidrofobici, oleofobici a base di nanoparticelle ceramiche (sia provenienti da sintesi sol-gel sia formulate a partire da sospensioni commerciali) avviene con tecniche quali immersione a velocità controllata, stampaggio a rulli e spruzzatura automatizzata. Il processo di fabbricazione va scelto e modificato in base alle caratteristiche del materiale da rivestire, quali geometria, estensione, sensibilità ad ambienti acidi e corrosivi, resistenza alle alte temperature, etc.

Esempi di superfici ricoperte durante le attività di ricerca attualmente seguite in Istituto:

• Profili alari NACA per test in Icing Wind Tunnel;
• Spezzoni di cavi elettrici ACSR 31.5 in lega di alluminio Anticorodal di lunghezza 50 cm;
• Pattini in ottone e piastre di distribuzione in acciaio per pompe assiali oleodinamiche;
• Lastre di alluminio di superficie 50 x 30 cm² per test di resistenza ad attrito;
• Superfici di scafi di imbarcazioni in metallo o composito;
• Alettature e perturbatori in alluminio anodizzato per scambiatori di calore per autoveicoli.

Principali collaborazioni
• Office of Naval Research ONR, Stati Uniti
• Istituto per le Macchine Agricole e Movimento Terra CNR-IMAMOTER, Ferrara (Dott. Pietro Marani)
• Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial INTA, Spagna (Dott.ssa Alina Aguero-Bruna)
• Istituto di Ingegneria del Mare CNR-INM, Roma (Dott.ssa Elena Ciappi)

Progetti

• EFFLICS
• NATO AVT-332
• BIOS
• HEAT
• SP@RK-4.0-I.E.S.

Pubblicazioni e brevetti
• A. Cecere, D. De Cristofaro, R. Savino, G. Boveri, M. Raimondo, F. Veronesi, F. Oukara, R. Rioboo, Visualization of liquid distribution and dry-out in a single-channel heat pipe with different wettability, Experimental Thermal and Fluid Science, 96, 234–242 (2018), DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.03.012
• M. Raimondo, F. Veronesi, G. Boveri, G. Guarini, A. Motta, R. Zanoni, Superhydrophobic properties induced by sol-gel routes on copper surfaces, Applied Surface Science, 422, 1022–1029 (2017), DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.05.257
• G. Rizzo, G. P. Massarotti, A. Bonanno, R. Paoluzzi, M. Raimondo, M. Blosi, F. Veronesi, A. Caldarelli, G. Guarini, Axial piston pumps slippers with nanocoated surfaces to reduce friction, International Journal of Fluid Power, 16 (1), 1 – 10 (2015), DOI: 10.1080/14399776.2015.1006979
• A. Caldarelli, M. Raimondo, F. Veronesi, G. Boveri, G. Guarini, Sol-gel route for the building up of superhydrophobic nanostructured hybrid-coatings on copper surfaces, Surface & Coatings Technology 276, 408 – 415 (2015), DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.06.037
• M. Raimondo, M. Blosi, A. Caldarelli, G. Guarini, F. Veronesi, Wetting behavior and remarkable durability of amphiphobic aluminum alloys surfaces in a wide range of environmental conditions, Chemical Engineering Journal 258, 101 – 109 (2014), DOI: 10.1016/j.cej.2014.07.076