Materiali a basso attrito per la nautica
Obiettivo generale della ricerca
Ridurre l’attrito fluidodinamico dei veicoli acquatici, e quindi la richiesta di energia per il moto in acqua, mediante l’utilizzo di superfici superidrorepellenti. È noto, infatti, che la superidrorepellenza è possibile grazie alla persistenza di aria nelle micro/nano-cavità della superficie solida che impedisce il contatto diretto solido-liquido. Il progetto ha investigato il fenomeno e producendo un aumento dell’efficienza energetica dei veicoli acquatici
Principali risultati prodotti
Condizioni di processo per materiali con superidrorepellenza robusta; effetto della superidrorepellenza sul moto di oggetti 3D sferici in acqua; design di oggetti modificabili e con profilo fluidodinamico selezionato (Rapporto)
Principale know-how prodotto
Conoscenza su effetti della rugosità su idrorepellenza dei materiali
Massimizzazione della ritenzione di aria all’interfaccia solido-acqua mediante processo singolo
Competenze sulla fabbricazione di superfici superidrorepellenti con metodi puramente meccanici (soft blasting)
Importanza della dinamica di immersione in acqua dell’oggetto superidrofobo al fine di intrappolare sufficiente volume di aria per ottenere importante riduzione di drag (26%)
Importanza di una superficie randomly rough con rugosità ad ampio range
Progettazione oggetti modificabili in superficie e aventi forma fluidodinamica selezionata
Sfida sociale: Risparmio energetico
La riduzione del drag per oggetti che si muovono in acqua può ridurre la richiesta di carburante e abbattere le emissioni. I risultati conseguiti mostrano che: 1) una tipologia di superficie rugosa sviluppata in questo progetto (soft-blasting con bicarbonato di sodio su Teflon) presenta caratteristiche di rugosità in accordo con i criteri elaborati numericamente ed è particolarmente semplice (realizzabile anche in ambienti industriali non specializzati), economica e a zero emissioni inquinanti; 2) la riduzione del drag in acqua è possibile con le superfici superidrofobe sviluppate in questo progetto e si realizza in maniera cospicua se il contatto liquido-solido nella transizione aria-liquido è realizzato in opportune condizioni dinamiche. Su corpi tozzi come le sfere se la superficie è modificata in senso superidrofobo è possibile misurare un aumento di velocità media del 28% rispetto all'oggetto meramente idrofobo
Collaborazioni internazionali rilevanti attivate
- Università della Danimarca (Collaborazione scientifica)
Bagnabilità dei polimeri modificati con tecniche molto differenti (injection molding/litografia)
Collaborazioni regionali rilevanti attivate
- Università di Bari (Collaborazione scientifica)
Strutturazione nanoscala dei materiali mediante trattamento al plasma (plasma etching) e conduzione della relativa caratterizzazione chimica e topografica
- Politecnico di Bari (Collaborazione scientifica)
Utilizzo di microscopio elettronico a scansione (SEM)
- ENEA - Brindisi (Collaborazione scientifica)
Utilizzo strumentazione per analisi chimica delle superfici quale la X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)
- Di Mundo R., Bottiglione F., Palumbo F., Pietro F., Carbone C. (2016) Sphere-on-cone microstructures on Teflon surface: Repulsive behavior against impacting water droplets. Materials and Design
- Di Mundo R., Bottiglione F., Palumbo F., Notarnicola M., Carbone G. (2016) Filamentary superhydrophobic Teflon surfaces: Moderate apparent contact angle but superior air-retaining properties. Journal of Colloid and Interface Science
- Menga N., Di Mundo R., Carbone G. (2017) Soft blasting of fluorinated polymers: The easy way to superhydrophobicity. Materials & Design
- Di Mundo R., Bottiglione F., Notarnicola M., Palumbo F., Pascazio G. (2017) Plasma-Textured Teflon: Repulsion in Air of Water Droplets and Drag Reduction Underwater. Biomimetics
- Di Mundo R., Bottiglione F., Pascazio G., Carbone G. (2018) Water entry and fall of hydrophobic and superhydrophobic Teflon spheres. Journal of Physics: Condensed Matter
- Telecka A., Mandsberg N.K., Li T., Ludvigsen E., Ndoni S., Di Mundo R., Palumbo F., Fiutowski J., Chiriaevf S., Taboryski R. (2018) Mapping the transition to superwetting state for nanotextured surfaces templated from block-copolymer self-assembly. Nanoscale
Di Mundo Rosa
ING-IND/22 Scienza e tecnologia dei materiali
Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica
Politecnico di Bari
