O efeito de lótus é um fenômeno de superhidrofobia causado pela rugosidade nanométrica . Seu nome vem do lótus ( Nelumbo spp.), Cujas folhas exibem essa característica. Outras plantas, como as folhas de capuchinha ( Tropaeolum spp.), Couve, junco ( Phragmites spp.), Taro ( Colocasia esculenta ) ou columbina ( Aguilegia spp.), E alguns animais (por exemplo, as penas de aves aquáticas), especialmente insetos, mostram o mesmo comportamento. O efeito de lótus confere à superfície capacidades de autolimpeza: à medida que fluem, as gotas de água carregam consigo poeira e partículas. A capacidade de autolimpeza de superfícies hidrofóbicas com estruturas microscópicas e nanoscópicas foi descoberta na década de 1970 e sua aplicação em produtos biomiméticos remonta a meados da década de 1990.
Devido à sua alta tensão superficial , as gotas de água tendem a encolher sua superfície e, portanto, a adquirir uma forma esférica. Em contato com uma superfície, as forças de adesão das gotas à superfície são tais que levam ao umedecimento desta. Dependendo da textura da superfície e dependendo da tensão superficial das gotas do líquido, pode-se encontrar uma umectação completa como uma umectação parcial.
A origem da autolimpeza está na estrutura hidrofóbica dupla da superfície. Graças a isso, a superfície de contato, e com ela a força adesiva entre a superfície e as partículas de água ou sujeira, é tão reduzida que resulta na autolimpeza. A dupla estrutura é formada por uma epiderme. A camada externa é chamada de cutícula, onde há uma camada de cera. , A epiderme da folha forma papilas de alguns mícrons sobre as quais repousam as ceras. Esta camada de cera é hidrofóbica e forma a segunda parte da estrutura dupla.
Desta forma, a água não pode mais atingir os interstícios da superfície da folha, o que tem como consequência que os pontos de contato entre a água e a superfície são drasticamente reduzidos.
Definimos o umedecimento de um material observando o ângulo de contato deste com uma gota d'água. Quando este ângulo é maior que 90 ° (geralmente entre 90 ° e 120 °), a superfície é hidrofóbica (a superfície de contato entre a água e o material é pequena) e quando é menor que 90 °, a superfície é hidrofílica (o contato superfície entre a água e o material é alta).
Sendo a tensão superficial das soluções aquosas de suma importância para a redução da superfície de contato, é bem entendido que a autolimpeza nesta forma não pode ocorrer no caso de solventes fortemente aderentes, ou seja, tais superfícies não proporcionam proteção contra graffiti.
Para a planta, o significado biológico desse efeito autolimpante está na proteção contra a colonização por microrganismos, patógenos ou mesmo germes como fungos ou a proliferação de algas.
O mesmo vale para animais como borboletas, libélulas e outros insetos que não conseguem limpar todas as partes do corpo usando apenas as patas.
Outra vantagem do efeito autolimpante é evitar a sujeira que pode impedir a penetração da luz e com ela a fotossíntese, podendo também obstruir os estômatos.
No caso da autolimpeza por superfícies superhidrofóbicas microscópicas e nanoscópicas, trata-se de um fenômeno puramente físico-químico que pode ser aplicado biomimeticamente em superfícies técnicas. O primeiro produto comercial em 1999 foi a tinta autolimpante para fachadas (Lotusan®). Entretanto, existem cerca de 50.000 edifícios em todo o mundo apenas com este produto que foram revestidos com “revestimentos Lotus”.
Outra área de uso são as lentes autolimpantes: elas foram instaladas em sensores ópticos localizados em pedágios de rodovias alemãs. EVONIK AG desenvolveu protótipos de lacas e plásticos.
Uma empresa têxtil italiana aplicou o princípio do efeito de lótus aos tecidos.
A publicidade muitas vezes usa deliberadamente o nome falso de “fácil de limpar” para superfícies que não têm nada a ver com superfícies autolimpantes de acordo com o princípio de Lótus.
Embora o fenômeno da autolimpeza do lótus seja conhecido na Ásia há pelo menos 2.000 anos (o lótus é, entre outros, o símbolo de pureza na religião budista ), é apenas desde o início dos anos 70, com a Introdução do microscópio eletrônico , que o fenômeno do lótus foi estudado pelo botânico Wilhelm Barthlott (Barthlott e Ehler, 1977; Barthlott e Wollenweber, 1982; Barthlott, 1992). Originalmente, o trabalho era realizado principalmente na capuchinha. A primeira análise científica fundamental ocorreu em folhas de lótus (Barthlott e Neinhuis, 1997). Em meados da década de 1990, esses dois autores também conseguiram a primeira transposição para protótipos técnicos e nasceu a primeira cooperação industrial. Os processos são patenteados. Desde o final da década de 1990, foram principalmente os cientistas da física e dos materiais que exploraram esse fenômeno intensamente e, entretanto, existe uma literatura extremamente importante, bem como dezenas de patentes decorrentes da patente Lotus-Effekt. ®.
Para a decodificação do princípio de funcionamento das superfícies de lótus autolimpantes e sua aplicação em produtos técnicos, o trabalho de Wilhelm Barthlott recebeu inúmeros prêmios ( Prêmio Karl-Heinz-Beckurts em 1997, nomeação para o “Prêmio Alemão para Presidente da República ”em 1998, Prêmio de Pesquisa da Fundação Philip Morris em 1999, Prêmio Alemão do Meio Ambiente em 1999, Prêmio de Inovação do Ministério Federal de Educação e Pesquisa em 2005, entre outros).